DE102007049929A1 - Hollow waveguide used in medicine and in structural analysis comprises a channel structure having an inner coating with a specified thickness - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft innenbeschichtete Hohllichtwellenleiter, die insbesondere zur Führung, Formung und Verstärkung elektromagnetischer Wellen oder Teilchenstrahlung geeignet sind, Verfahren zu deren Herstellung sowie die Verwendung der innenbeschichteten Hohllichtwellenleiter.The The invention relates to internally coated hollow optical waveguides especially for guidance, shaping and reinforcement electromagnetic waves or particle radiation are suitable, Process for their preparation and the use of the internally coated Hollow optical fibers.
Röntgenstrahlung spielt in verschiedensten Bereichen der Technik, wie der Medizin, der Strukturanalytik und der Materialwissenschaft eine wichtige Rolle. Dabei gewinnt aufgrund des Wunsches nach zunehmend besseren Auflösungsfähigkeiten analytischer Systeme bzw. nach weitergehender Miniaturisierung von Strukturen die Verwendung der besonders kurzwelligen, harten Röntgenstrahlung immer mehr an Bedeutung. Daher werden zunehmend Systeme benötigt, mit denen sich solche Strahlung führen, formen und verstärken lässt.X-rays plays in various fields of technology, such as medicine, structural analysis and materials science play an important role. It wins because of the desire for increasingly better resolution capabilities analytical systems or after further miniaturization of Structures the use of particularly short-wavelength, hard X-rays more and more important. Therefore, systems are increasingly needed with which such radiation lead, form and strengthen leaves.
Für hochenergetische Strahlung mit Wellenlängen von unterhalb 100 nm sind konventionelle Linsen nicht geeignet. Stattdessen werden in der Technik zur Führung und Formung solcher Strahlung spezielle Syteme, insbesondere toroidische Hohlspiegel, Fresnel-Zonenplatten und Kapillaroptiken verwendet. Dabei weisen Kapillaroptiken gegenüber den anderen Systemen unter anderem die Vorteile einer technologisch weniger aufwendigen und daher günstigeren Herstellung, die Nutzbarkeit eines größeren Raumwinkelbereichs der eingesetzten Strahlung sowie die Möglichkeit zur flexiblen Führung der Strahlung, beispielsweise um Hindernisse herum, wie sie insbesondere für medizinische Anwendungen benötigt wird.For high energy radiation with wavelengths below 100 nm, conventional lenses are not suitable. Instead, become in the art for guiding and shaping such radiation special systems, in particular toroidal concave mirrors, Fresnel zone plates and capillary optics used. Here are facing capillary optics Among other things, the advantages of a technological less expensive and therefore cheaper production, the usability of a larger solid angle range the radiation used and the possibility of flexible Guiding the radiation, for example around obstacles, as needed especially for medical applications becomes.
Allerdings ist die inhärente Reflektivität für hochenergetische Strahlung bei den Materialien, die wie beispielsweise Glas üblicherweise zur Herstellung von Hohllichtwellenleitern verwendet werden, gering. Zur Führung, Formung und Verstärkung beispielsweise von EUV-Strahlung und schwacher Röntgenstrahlung sind daher innenbeschichtete Hohllichtwellenleiter verwendet worden.Indeed is the inherent reflectivity for high energy Radiation in the case of materials such as glass, for example used for the production of hollow fiber waveguides, low. For guidance, shaping and reinforcement, for example of EUV radiation and weak X-rays are therefore internally coated hollow fiber waveguides have been used.
Aus
der
Es hat sich jedoch gezeigt, dass gemäß den bekannten Verfahren erhältliche Innenbeschichtungen von Hohllichtwellenleitern für viele optische Anwendungen keine ausreichende Qualität aufweisen. Aufgrund unzureichender röntgenoptischer Eigen schaften können solche Hohllichtwellenleiter auch insbesondere nicht für harte Röntgenstrahlung verwendet werden. Daher werden zur Führung, Formung und Verstärkung von harter Röntgenstrahlung bisher Hohllichtwellenleiter aus Bleiglas verwendet. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass solche Gläser sehr schwer zu bearbeiten sind und nur eine geringe Lebensdauer haben. Beispielsweise wurden bei der Verwendung von Hohllichtwellenleitern aus Bleiglas zur Verstärkung von harter Röntgenstrahlung nach 5000 Betriebsstunden im Vergleich zu den zu Beginn der Verwendung gemessenen Intensitäten Intensitätsverluste von mehr als 50% beobachtet.It However, it has been found that according to the known Method available inner coatings of hollow fiber waveguides insufficient quality for many optical applications exhibit. Due to insufficient X-ray optical properties In particular, such hollow waveguides can not be used for hard X-radiation. Therefore be used for leadership, shaping and reinforcement of Hard X-radiation so far hollow fiber waveguide Leaded glass used. However, it has turned out that such Glasses are very hard to work with and only a short life to have. For example, when using hollow fiber waveguides made of leaded glass for reinforcement of hard X-radiation after 5000 hours of operation compared to the beginning of use measured intensities intensity losses of more than 50% observed.
Es besteht daher ein Bedarf nach weiteren Systemen zur Führung, Formung und Verstärkung elektromagnetischer Wellen oder Teilchenstrahlung, die in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht eine verbesserte Brauchbarkeit aufweisen und insbesondere auch zur Verwendung mit harter Röntgenstrahlung geeignet sind.It There is therefore a need for other systems of leadership, Forming and amplification of electromagnetic waves or Particle radiation, in technical and economic terms have improved usability and in particular also for Use with hard X-radiation are suitable.
Diese Aufgabe wird durch den innenbeschichteten Hohllichtwellenleiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 und 40 gelöst. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines innenbeschichteten Hohllichtwellenleiters gemäß den Ansprüchen 15 bis 39 sowie die Verwendung eines innenbeschichteten Hohllichtwellenleiters gemäß einem der Ansprüche 41 und 42.These Task is through the internally coated hollow fiber waveguide according to one of claims 1 to 14 and 40 solved. The invention also relates to a Method for producing an internally coated hollow optical waveguide according to claims 15 to 39 and the use of an internally coated hollow waveguide according to a of claims 41 and 42.
Der erfindungsgemäße innenbeschichtete Hohllichtwellenleiter zeichnet sich dadurch aus, dass er (a) eine Kanalstruktur und (b) eine Innenbeschichtung auf der inneren Oberfläche der Kanalstruktur umfasst, wobei die dem Kanalinnenraum zugewandte Oberfläche der Innenbeschichtung eine Höhe von weniger als 50 nm aufweist.Of the Inner coated hollow waveguide according to the invention characterized by having (a) a channel structure and (b) comprises an inner coating on the inner surface of the channel structure, wherein the channel interior facing surface of the Inner coating has a height of less than 50 nm.
Erfindungsgemäße innenbeschichtete Hohllichtwellenleiter weisen im Vergleich zu bekannten Hohllichtwellenleitern wesentlich bessere optische, insbesondere röntgenoptische Eigenschaften auf. Überraschenderweise eignen sich die erfindungsgemäßen Hohllichtwellenleiter im Gegensatz zu bekannten innenbeschichteten Systemen zudem zur Führung, Formung und Verstärkung von harter Röntgenstrahlung. Dabei weisen sie eine deutlich verbesserte Langzeitstabilität gegenüber den zu diesem Zweck bisher verwendeten unbeschichteten Hohllichtwellenleitern aus Bleiglas auf.invention internally coated hollow optical waveguides have in comparison to known hollow optical waveguides much better optical, especially X-ray optical Properties on. Surprisingly, the are hollow waveguide according to the invention in contrast to known interior coated systems also for guidance, Shaping and amplification of hard X-radiation. They have a significantly improved long-term stability compared to the uncoated used for this purpose Hollow fiber waveguides made of leaded glass.
Der Begriff "Kanalstruktur" umfasst hier sowohl Monokanalstrukturen als auch Polykanalstrukturen und bezeichnet eine Struktur, die aus einem oder mehreren zu einander räumlich in regelmäßigen Abständen angeordneten, durchgehenden und an den Enden offenen Kanälen besteht. Beispiele für Monokanalstrukturen sind Monokapillaren. Beispiele für Multikanalstrukturen sind Polykapillaren, zusammengesetzte Linsen hergestellt aus einzelnen Mono- und/oder Polykapillaren, monolithische Linsen hergestellt aus einzelnen Mono- und/oder Polykapillaren, photonische Kristalle und monolithische integrale Mikrolinsen.The term "channel structure" here comprises both monocanal structures and polychannel structures and denotes a structure which consists of one or more spatially arranged at regular intervals, continuous and on consists of the ends of open channels. Examples of mono-channel structures are monocapillaries. Examples of multi-channel structures are polycapillaries, composite lenses made of individual mono- and / or polycapillaries, monolithic lenses made of individual mono- and / or polycapillaries, photonic crystals and monolithic integral microlenses.
Der Innendurchmesser eines einzelnen Kanals der Kanalstruktur liegt üblicherweise im Bereich von 1 nm bis 10 mm. Bevorzugt ist der Innendurchmesser kleiner als 1000 µm, insbesondere kleiner als 100 µm.Of the Inner diameter of a single channel of the channel structure is usually in the range of 1 nm to 10 mm. The inner diameter is preferred less than 1000 microns, especially less than 100 microns.
Beispielsweise liegen im Allgemeinen Innendurchmesser der Kanäle bei zusammengesetzten Linsen hergestellt aus Monokapillaren im Bereich von 1 bis 10 mm, bei monolithischen Linsen hergestellt aus Monokapillaren im Bereich von 0,1 bis 1 mm, bei zusammengesetzten Linsen hergestellt aus Polykapillaren im Bereich von 10 bis 100 µm, bei monolithischen Linsen hergestellt aus Polykapillaren im Bereich von 1 bis 10 µm und bei monolithischen integralen Mikrolinsen im Bereich von 0,3 bis 1 µm.For example are generally inside diameters of the channels in compound lenses made of monocapillaries in the range of 1 to 10 mm, monolithic Lenses made of monocapillaries in the range of 0.1 to 1 mm, in compound lenses made of polycapillaries in the range from 10 to 100 μm, produced on monolithic lenses from polycapillaries in the range of 1 to 10 microns and monolithic integral microlenses in the range of 0.3 to 1 μm.
Polykapillaren sind üblicherweise monolithische Strukturen, die eine Vielzahl von Kanälen aufweisen, wobei die Kanäle im Wesentlidhen gleiche Länge haben und üblicherweise ein Verhältnis von Länge zu Innendurchmesser von mindestens etwa 100:1, bevorzugt mindestens etwa 1000:1 aufweisen. Polykapillaren können beispielsweise mehr als 103 bis zu mehr als 106 Kanäle enthalten, die Innendurchmesser von beispielsweise weniger als 1 mm bis zu weniger als 1 µm aufweisen.Polycapillaries are usually monolithic structures having a plurality of channels, the channels being substantially equal in length and usually having a length to internal diameter ratio of at least about 100: 1, preferably at least about 1000: 1. Polycapillaries may contain, for example, more than 10 3 to more than 10 6 channels having internal diameters of, for example, less than 1 mm to less than 1 μm.
Photonische
Kristalle sind künstliche periodische Strukturen aus einem
Dielektrikum (z. B. Glas) mit spezifischen optischen Eigenschaften.
Neben Glas sind auch andere Materialien verwendbar. Photonische
Kristalle werden beispielsweise in der optischen Messtechnik, der
Kommunikationstechnik und den Biowissenschaften angewendet und sind
beschrieben in
Monolithische integrale Mikrolinsen sind sehr weitgehend miniaturisierte Multikanalstrukturen, die beispielsweise Kanäle mit Innendurchmessern von etwa 0,3 bis 1 µm aufweisen können.monolithic integral microlenses are very largely miniaturized multichannel structures, For example, the channels with inner diameters of about 0.3 to 1 micron can have.
Verschiedene Mono- und Multikanalstrukturen sind kommerziell beispielsweise von der IfG – Institute for Scientific Instruments GmbH, Berlin-Adlershof, Deutschland, der Unisantis Europe GmbH, Georgsmarienhütte, Deutschland und der X-Ray Optical Systems, Inc. (XOS®), East Greenbush, N. Y., USA erhältlich.Various mono- and multi-channel structures are commercially available for example from the IFG - Institute for Scientific Instruments GmbH, Berlin-Adlershof, Germany, the universities Antis Europe GmbH, Georgsmarienhütte Germany and the X-Ray Optical Systems, Inc., (XOS ®), East Greenbush, NY, USA available.
Multikanalstrukturen weisen häufig im direkten Vergleich zu ihrer Außenwandung eine verhältnismäßig dünne Kanalwandung auf. Diese Kanalwandung ist deutlich dünner als die Außenwandung von Monokapillaren, da sie nur zur Abtrennung der Kanäle dient und keine strukturtragende Funktion wie bei Monokapillaren besitzt. Dieses ist bei Multikanalstrukturen aufgrund ihrer monolithischen Gesamtstruktur möglich.Multi-channel structures often show in direct comparison to their outer wall a relatively thin channel wall on. This channel wall is significantly thinner than the outer wall of Monocapillaries, since it only serves to separate the channels and has no structure-bearing function as in monocapillaries. This is due to their monolithic multichannel structures Forest possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Kanalstruktur aus einem anorganischen Material oder einem Kunststoff. Zu geeigneten anorganischen Materialien gehören Kohlenstoff, beispielweise nanoporöser Kohlenstoff und Carbon Nanotubes (CNT), Silicium, Glas, Keramik und Metall, beispielweise Stahl und Aluminium. Beispiele für geeignete Kunststoffe sind insbesondere Silikone. Besonders bevorzugt besteht die Kanalstruktur aus Glas. Beispiele für geeignete Glassorten sind insbesondere Quarzglas, Duranglas und N16B-Glas, wobei Quarzglas und Duranglas bevorzugt sind.In In a preferred embodiment, the channel structure made of an inorganic material or a plastic. To suitable Inorganic materials include carbon, for example nanoporous carbon and carbon nanotubes (CNT), silicon, Glass, ceramics and metal, for example steel and aluminum. Examples for suitable plastics are in particular silicones. Especially Preferably, the channel structure is made of glass. examples for Suitable types of glass are in particular quartz glass, Duranglas and N16B glass, with quartz glass and Duranglas are preferred.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Kanalstruktur Wärmeleitfäden oder Wärmeleitdrähte enthält, z. B. indem bei der Herstellung der Kanalstruktur (z. B. im Verstreckungsprozess) Metalle, insbesondere Wärmeleitdrähte, in die Kanalstruktur eingebracht werden. Dies gewährleistet eine isotrope Temperaturverteilung innerhalb der Kanalstruktur, was sich positiv auf thermische Beschichtungsverfahren (siehe unten) sowie auf Anwendungen der erfindungsgemäßen Hohllichtwellenleiter bei höheren Temperaturen auswirkt.Farther it is preferred that the channel structure heat conducting or contains Wärmeleitdrähte, z. B. by during the production of the channel structure (eg in the drawing process) Metals, in particular heat-conducting wires, in the Channel structure are introduced. This ensures a isotropic temperature distribution within the channel structure, resulting in positive for thermal coating processes (see below) as well on applications of hollow waveguide according to the invention at higher temperatures.
Die Innenbeschichtung enthält üblicherweise ein von Kohlenstoff verschiedenes Element aus der zweiten bis fünften Hauptgruppe oder einer Nebengruppe des Periodensystems der Elemente. Bevorzugt enthält die Innenbeschichtung ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Be, Ni, Pt, Cu, Pd, Ag, W, Re, Ir, Os, Au, Pb, Bi und U, wobei die Elemente Ni, Ag, Au, W, Pb, Pt, Bi und U besonders bevorzugt sind.The Inner coating usually contains one of Carbon different element from the second to fifth Main group or a subgroup of the Periodic Table of the Elements. Preferably, the inner coating contains an element selected from the group consisting of Be, Ni, Pt, Cu, Pd, Ag, W, Re, Ir, Os, Au, Pb, Bi and U, where the elements Ni, Ag, Au, W, Pb, Pt, Bi and U are particularly preferred.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthält die Innenbeschichtung ein Metall mit einer Ordnungszahl Z > 27, insbesondere Z > 40, am meisten bevorzugt Z > 71.In another preferred embodiment the inner coating is a metal with an atomic number Z> 27, in particular Z> 40, most preferably Z> 71.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Innenbeschichtung eine metallische Beschichtung ist, die im Wesentlichen frei von anderen Elementen, insbesondere im Wesentlichen frei von Kohlenstoff ist.It is particularly preferred that the inner coating is a metallic Coating is essentially free of other elements, in particular substantially free of carbon.
Die Innenbeschichtung kann beispielweise aus Metallschichten und/oder Metallpartikeln, besonders bevorzugt aus amorphen Metallschichten und/oder amorphen Metallpartikeln, insbesondere aus amorphen Metallschichten bestehen. Es ist besonders bevorzugt, dass die Innenbeschichtung in Form einer geschlossenen Lagenschicht, insbesondere einer Franck-van der Merve-Wachstumsschicht vorliegt.The inner coating can be, for example consist of metal layers and / or metal particles, more preferably of amorphous metal layers and / or amorphous metal particles, in particular of amorphous metal layers. It is particularly preferred that the inner coating is in the form of a closed layer layer, in particular a Franck-van der Merve growth layer.
Die erfindungsgemäßen Innenbeschichtungen sind typischerweise sehr glatt und zeichnen sich durch geringe Korrugation, insbesondere durch geringe rms-Oberflächenrauigkeit und geringe Höhe aus.The Interior coatings according to the invention are typical very smooth and characterized by low corrugation, in particular due to low rms surface roughness and low height.
Der Begriff "Korrugation" bezeichnet hier ein Maß für die Oberflächengüte, die im Wesentlichen durch die rms-Oberflächenrauigkeit, die Höhe der Oberfläche und den Bedeckungsgrad der Beschichtung bestimmt wird. Dabei wird eine geringe Korrugation insbesondere durch eine geringe rms-Oberflächenrauigkeit, eine geringe Höhe und einen hohen Bedeckungsgrad begünstigt.Of the Term "corrugation" refers to a measure of the surface finish, which is essentially through the rms surface roughness, the height of the surface and the degree of coverage of the coating is determined. It will low corrugation, in particular due to low rms surface roughness, a low height and a high degree of coverage favors.
Der Begriff "rms-Oberflächenrauigkeit" bezeichnet hier die root-mean-square-Rauigkeit der Oberfläche.Of the Term "rms surface roughness" refers to the root-mean-square roughness of the surface.
Der Begriff "Höhe" in Bezug auf eine Oberfläche bezeichnet hier denjenigen Wert, bei dem 95% der Höhen der Oberfläche kleiner oder gleich diesem Wert sind.Of the Term "height" with respect to a surface here the value at which 95% of the heights of the surface are less than or equal to this value.
Der Begriff "Bedeckungsgrad" in Bezug auf eine Beschichtung bezeichnet hier den Anteil einer unter der Beschichtung liegenden Fläche, der von der Beschichtung bedeckt ist.Of the Term "degree of coverage" with respect to a coating here the proportion of an area under the coating, which is covered by the coating.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die dem Kanalinnenraum zugewandte Oberfläche der Innenbeschichtung eine rms Oberflächenrauigkeit von weniger als 10 nm, insbesondere weniger als 5 nm, am meisten bevorzugt weniger als 2 nm auf. Die Höhe der dem Kanalinnenraum zugewandten Oberfläche der Innenbeschichtung beträgt bevorzugt weniger als 15 nm, insbesondere weniger als 8 nm, am meisten bevorzugt weniger als 4 nm. Der Bedeckungsgrad der Innenbeschichtung beträgt bevorzugt mindestens 95%, insbesondere mindestens 98%, am meisten bevorzugt mindestens 99%.In a preferred embodiment, the channel interior facing surface of the inner coating a rms surface roughness less than 10 nm, especially less than 5 nm, most preferably less than 2 nm. The height of the channel interior facing surface of the inner coating is preferably less than 15 nm, especially less than 8 nm, most preferably less than 4 nm. The degree of coverage of the inner coating is preferably at least 95%, in particular at least 98%, most preferably at least 99%.
Wenn die Innenbeschichtung aus Partikeln aufgebaut ist, weisen die Partikel in der Regel eine sehr enge Partikelgrößenverteilung auf. Dabei ist es bevorzugt, dass die Partikel monodispers sind. Besonders bevorzugt enthält die Innenbeschichtung Partikel mit einer Partikelgrößenverteilung, bei der die Standardabweichung der Partikelgröße weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, am meisten bevorzugt weniger als 5% der mittleren Partikelgröße beträgt.If the inner coating is made up of particles, the particles have usually a very narrow particle size distribution on. It is preferred that the particles are monodisperse. Particularly preferably, the inner coating contains particles with a particle size distribution in which the Standard deviation of particle size less than 20%, especially less than 10%, most preferably less than 5% of the mean particle size.
Allgemein kann die Dicke der Innenbeschichtung in Abhängigkeit vom Innendurchmesser der Kanalstruktur in weiten Bereichen variiert werden. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Innenbeschichtung eine Dicke im Bereich von 1 bis 1000 nm aufweisen. Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Innenbeschichtung eine Dicke im Bereich von 10 bis 250 nm, insbesondere 50 bis 150 nm, am meisten bevorzugt 80 bis 120 nm auf. Es hat sich gezeigt, dass Innenbeschichtungen dieser Dicke für optische Eigenschaften besonders geeignet sind.Generally The thickness of the inner coating can vary depending on Inner diameter of the channel structure varies widely become. For example, an inventive Inner coating have a thickness in the range of 1 to 1000 nm. Preferably, the inner coating according to the invention a thickness in the range of 10 to 250 nm, in particular 50 to 150 nm, most preferably 80 to 120 nm. It has shown, that inner coatings of this thickness for optical properties are particularly suitable.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen innenbeschichteten Hohllichtwellenleiter. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Innenbeschichtung durch ein photolytisches Verfahren (beispielsweise Laserbeschichtung), ein elektrochemisches Verfahren (beispielsweise ein elektrochemisches Beschichtungsverfahren), ein plasmatechnologisches Verfahren oder ein Gasphasen-Verfahren in der Kanalstruktur abgeschieden wird.The The invention also relates to a process for the preparation of the invention internally coated hollow fiber waveguides. This process is remarkable characterized in that the inner coating by a photolytic Process (for example laser coating), an electrochemical Method (for example, an electrochemical coating method), a plasma technological process or a gas phase process is deposited in the channel structure.
Beispiele für Gasphasen-Verfahren sind die Chemische Gasphasenabscheidung (CVD), die Chemische Gasphaseninfiltration (CVI) oder die Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD). Insbesondere sind Verfahren geeignet, bei denen die Innenbeschichtung durch Chemische Gasphasenabscheidung von elementorganischen Verbindungen, beispielsweise Chemische Gasphasenabscheidung von Organometallverbindungen (OMCVD), chemische Gasphaseninfiltration von elementorganischen Verbindungen, beispielsweise chemische Gasphaseninfiltration von Organometallverbindungen (OMCVI), oder Gasphasenepitaxie von elementorganischen Verbindungen, beispielsweise Gasphasenepitaxie von Organometallverbindungen (OMVPE), in der Kanalstruktur abgeschieden werden. Der Begriff "elementorganische Verbindung" bezeichnet hier insbesondere eine Verbindung, die ein von Kohlenstoff verschiedenes Element aus der zweiten bis fünften Hauptgruppe oder einer Nebengruppe des Periodensystems der Elemente sowie organische Gruppen und/oder Carbonyl enthält, die chemisch direkt und/oder über ein Element der fünften oder sechsten Hauptgruppe an das jeweilige Element gebunden sind. Geeignete elementorganische Verbindungen für Gasphasenverfahren sind insbesondere auch Komplex- oder Koordinationsverbin dungen, die einen organischen Liganden und/oder Carbonyl enthalten. Dabei sind Komplex- oder Koordinationsverbindungen bevorzugt, die einen Liganden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Carbonyl, Hexafluoracetylacetonato und Acetylacetonato enthalten.Examples for gas phase processes are the chemical vapor deposition (CVD), chemical vapor infiltration (CVI) or the physical Vapor deposition (PVD). In particular, methods are suitable where the inner coating by chemical vapor deposition of elemental organic compounds, for example chemical vapor deposition of organometallic compounds (OMCVD), chemical vapor infiltration of elemental organic compounds, for example, chemical vapor infiltration of organometallic compounds (OMCVI), or gas phase epitaxy of organometallic compounds, for example gas phase epitaxy of Organometallic compounds (OMVPE), deposited in the channel structure become. The term "elemental organic compound" refers to here in particular a compound which differs from carbon Element from the second to fifth main group or one Subgroup of the Periodic Table of the Elements as well as organic groups and / or Contains carbonyl which is chemically direct and / or over an element of the fifth or sixth main group to the respective element are bound. Suitable organoelement compounds for In particular, gas-phase processes are also complexes or coordination compounds. which contain an organic ligand and / or carbonyl. there complex or coordination compounds are preferred, the one Ligands selected from the group consisting of carbonyl, Hexafluoroacetylacetonato and acetylacetonato included.
Durch Beschichtungsverfahren, bei denen hohe Temperaturen oder Energien zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel durch die Physikalische Gasphasenabscheidung oder die Chemische Gasphasenabscheidung, kann insbesondere die dünne Kanalwandung von Multikanalstrukturen aufgrund der Energieeinwirkung zerstört werden. Durch die Chemische Gasphasenabscheidung von elementorganischen Verbindungen, insbesondere die Chemische Gasphasenabscheidung von Organometallverbindungen (OMCVD), wird hier ein Beschichtungsverfahren bereitgestellt, mit dem Beschichtungen von Kanalstrukturen bei verhältnismäßig geringen Temperaturen durchgeführt werden können, ohne diese zu beschädigen oder zu zerstören.By coating processes in which high temperatures or energies are used, such as by the physical vapor deposition or the chemical vapor deposition, in particular the thin channel wall of multi-channel structures can be destroyed due to the effect of energy. The chemical vapor deposition of organometallic compounds, in particular the chemical vapor deposition of organometallic compounds (OMCVD), a coating method is provided here, with the coatings of channel structures at relatively low temperatures can be carried out without damaging or destroying them.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen innenbeschichteten Hohllichtwellenleiter die Schritte
- (a) Evakuieren der Kanalstruktur, wobei zwischen den Enden der Kanalstruktur ein Druckgradient aufgebaut wird,
- (b) Einstellen der gesamten Kanalstruktur auf eine konstante Temperatur im Bereich von 273 K bis 2073 K, bevorzugt 293 K bis 873 K, am meisten bevorzugt 373 K bis 723 K, die 50 K bis 150 K, bevorzugt 80 K bis 120 K unterhalb der Zersetzungstemperatur des Precursormaterials liegt,
- (c) Verdampfen eines Precursormaterials und Transport des Precursormaterials durch die Kanalstruktur durch den Druckgradienten,
- (d) Abscheiden einer Beschichtung aus dem Precursormaterial durch lokal begrenzte Zufuhr von Energie.
- (a) evacuating the channel structure, establishing a pressure gradient between the ends of the channel structure,
- (b) adjusting the total channel structure to a constant temperature in the range of 273K to 2073K, preferably 293K to 873K, most preferably 373K to 723K, 50K to 150K, preferably 80K to 120K below the decomposition temperature of the precursor material is,
- (c) evaporating a precursor material and transporting the precursor material through the channel structure through the pressure gradient,
- (D) depositing a coating of the precursor material by locally limited supply of energy.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird zunächst die Kanalstruktur mit Hilfe eines temperaturstabilen Klebstoffs, bevorzugt eines Zweikomponentenklebstoffs, an ein Vakuumsystem gasdicht angeschlossen. Beispiele für geeignete Zweikomponentenklebstoffs sind Epoxidharzkleber, die bis etwa 450 K temperaturstabil sind, und Silikonklebstoffe, die bis etwa 570 K temperaturstabil sind. Vor den weiteren Verfahrensschritten wird der Klebstoff ausreichend lange ausgehärtet.to Implementation of this procedure is first the Channel structure using a temperature-stable adhesive, preferably a two-component adhesive, gas-tightly connected to a vacuum system. Examples of suitable two-part adhesives are Epoxy resin adhesive, which are temperature stable up to about 450 K, and Silicone adhesives that are temperature stable up to about 570 K. In front the further process steps, the adhesive is sufficiently long hardened.
Gegebenenfalls kann vor Schritt (a) die Innenoberfläche der Kanalstruktur aktiviert werden. Dieses Aktivieren der Innenoberfläche kann beispielsweise durch Überleiten von molekularem Sauerstoff, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 480 K bis 773 K erfolgen. Durch das Aktivieren der Innenoberfläche wird deren Adsorptionsfähigkeit deutlich verbessert und so die Affinität des Beschichtungsmaterials gegenüber der Innenoberfläche signifikant gesteigert. Daher kann das Aktivieren der Innenoberfläche auch die Art des Wachstumsverhaltens der Beschichtung auf der Innenoberfläche positiv beeinflussen.Possibly may before step (a) the inner surface of the channel structure to be activated. This activation of the inner surface For example, by passing molecular oxygen, preferably at a temperature in the range of 480 K to 773 K. By activating the inner surface of their adsorption capacity is clear improves and so the affinity of the coating material increased significantly compared to the inner surface. Therefore, activating the inner surface can also be the Type of growth behavior of the coating on the inner surface influence positively.
Ferner können vor Schritt (a) und gegebenenfalls vor dem Aktivieren der Innenoberflächen der Kanal/die Kanäle der Kanalstruktur gereinigt werden. Dies kann beispielsweise durch Plasmabehandlung, z. B. durch ein induktiv oder kapazitiv erzeugtes Plasma, chemische Prozesse und/oder Evakuieren mit gleichzeitigem Ausheizen erfolgen. Insbesondere kann das Reinigen des Kanals/der Kanäle der Kanalstruktur durch Evakuieren bei einem Druck unterhalb von 10–3 mbar mit gleichzeitigem Ausheizen, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 473 K bis 773 K, erfolgen. Durch die Reinigung des Kanals/der Kanäle können vor allem eventuell vorhandene organische Verunreinigungen der Innenoberfläche durch Verbrennung zu Kohlendioxid entfernt werden und so eine verbesserte Haftung der Innenbeschichtung an der Innenoberfläche erreicht werden.Further, prior to step (a) and optionally before activation of the interior surfaces, the channel (s) of the channel structure may be cleaned. This can be done, for example, by plasma treatment, e.g. B. by an inductively or capacitively generated plasma, chemical processes and / or evacuation with simultaneous annealing. In particular, the cleaning of the channel (s) of the channel structure can be effected by evacuation at a pressure below 10 -3 mbar with simultaneous annealing, preferably at a temperature in the range of 473 K to 773 K. By cleaning the channel (s), any organic contaminants of the inner surface, above all, can be removed by combustion to carbon dioxide, thus achieving improved adhesion of the inner coating to the inner surface.
Vor Schritt (a), gegebenenfalls vor dem Aktivieren der Innenoberfläche(n) und gegebenenfalls vor oder nach dem Reinigen des Kanals/der Kanäle kann eine thermische Glättung der Innenoberfläche(n) des Kanals/der Kanäle der Kanalstruktur erfolgen. Insbesondere kann die thermische Glättung der Innenoberfläche(n) des Kanals/der Kanäle durch Erwärmen auf eine Temperatur im Bereich von 473 K bis 2073 K, bevorzugt 573 K bis 1473 K erfolgen, die 50 K bis 1500 K, insbesondere 100 K bis 1000 K, bevorzugt 150 K bis 300 K unterhalb des Erweichungspunkts des Glases liegt. Durch thermische Glättung der Innenoberfläche(n) kann die Korrugation der Innenoberfläche verringert werden, was insbesondere die Bildung von Innenbeschichturigen mit geringer Höhe begünstigt.In front Step (a), optionally before activating the inner surface (s) and optionally before or after cleaning the channel (s) a thermal smoothing of the inner surface (s) of the channel (s) of the channel structure. Especially can the thermal smoothing of the inner surface (s) of the channel (s) by heating to one Temperature in the range of 473 K to 2073 K, preferably 573 K to 1473 K, the 50 K to 1500 K, especially 100 K to 1000 K, preferably 150 K to 300 K below the softening point of Glass is lying. By thermal smoothing of the inner surface (s) Corrugation of the inner surface can be reduced in particular, the formation of Innenbeschichturigen with low height favored.
Für den Transport des Precursormaterials durch die Kanalstruktur wird zwischen den Enden der Kanalstruktur ein Druckgradient aufgebaut. Dazu wird die Kanalstruktur von einem ihrer Enden her evakuiert. Dabei wird an diesem Ende ein Minimaldruck von weniger als 10–2 mbar, vorzugsweise weniger als 10–3 mbar und besonders bevorzugt weniger als 10–4 mbar eingestellt.For the transport of the precursor material through the channel structure, a pressure gradient is established between the ends of the channel structure. For this, the channel structure is evacuated from one of its ends. In this case, a minimum pressure of less than 10 -2 mbar, preferably less than 10 -3 mbar and particularly preferably less than 10 -4 mbar is set at this end.
Das
Verdampfen des Precursormaterials kann durch Verwendung eines Vakuumsystems
unterstützt werden, in dem die Kanalstruktur von beiden Enden
her mit unterschiedlichen Vakuumpumpen evakuiert wird. Ein solches
Vakuumsystem ist beispielweise in
Demgegenüber ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Kanalstruktur nur von einem ihrer Enden her evakuiert wird. Überraschenderweise wird, wenn die Kanalstruktur nur von einem ihrer Enden her evakuiert wird, ein homogeneres Strömungsverhalten des Precursormaterials erreicht. Dadurch kann eine Innenbe schichtung erhalten werden, die sich durch eine äußerst geringe Höhe auszeichnet. Darüber hinaus wird in dieser Ausführungsform eine geringere Menge an Fremdmaterial, d. h. anderem Material als dem Precursormaterial, insbesondere eine geringere Menge an Sauerstoff, durch die Kanalstruktur transportiert. Dadurch können Innenbeschichtungen höherer Qualität erhalten werden.In contrast, it is preferred according to the invention that the channel structure is evacuated only from one of its ends. Surprisingly, if the channel structure is evacuated only from one of its ends, a more homogeneous flow behavior of the precursor material is achieved. As a result, a Innenbe coating can be obtained, which is characterized by an extremely low height. In addition, in this embodiment, a smaller amount of foreign material, ie material other than the precursor material, in particular a smaller amount of oxygen, transported through the channel structure. As a result, inner coatings of higher quality can be obtained.
Der Transport des Precursormaterials durch die Kanalstruktur kann ferner auch durch einen einstellbaren Trägergasstrom unterstützt werden.Of the Transport of the precursor material through the channel structure may further also supported by an adjustable carrier gas flow become.
Anschließend wird die gesamte Kanalstruktur auf eine konstante Grundtemperatur im Bereich von 273 K bis 2073 K, bevorzugt 293 K bis 873 K, am meisten bevorzugt 373 K bis 723 K eingestellt, die 50 K bis 150 K, bevorzugt 80 K bis 120 K unterhalb der Zersetzungstemperatur des Precursormaterials liegt. Die konstante Grundtemperatur kann beispielsweise durch Erwärmen oder Erhitzen mit einer Heizung (z. B. elektrische Heizung oder Induktionsofen) oder durch Einkopplung elektromagnetischer Wellen (z. B. Mikrowellen- oder Infrarotstrahlung) eingestellt werden.Subsequently the entire channel structure is at a constant basic temperature in the range of 273 K to 2073 K, preferably 293 K to 873 K, most preferably 373 K to 723 K set, the 50 K to 150 K, preferred 80 K to 120 K below the decomposition temperature of the precursor material lies. The constant basic temperature can be, for example, by heating or heating with a heater (eg electric heater or Induction furnace) or by coupling electromagnetic waves (eg microwave or infrared radiation).
Das Precursormaterial wird verdampft und durch den Druckgradienten, gegebenenfalls unter Mithilfe des Trägergasstroms, durch die Kanalstruktur transportiert. Der Precursorstrom sowie gegebenenfalls der Trägergasstrom können auf eine definierte Temperatur vorgewärmt werden, wobei diese Temperatur 50 K bis 150 K, bevorzugt 80 K bis 120 K unterhalb der Zersetzungstemperatur des Precursormaterials liegt.The Precursor material is vaporized and by the pressure gradient, optionally with the assistance of the carrier gas flow, through transports the channel structure. The precursor stream and optionally the carrier gas stream can be at a defined Preheat temperature, this temperature 50th K to 150 K, preferably 80 K to 120 K below the decomposition temperature of the precursor material lies.
Die Abscheidung einer Beschichtung aus dem Precursormaterial erfolgt durch lokal begrenzte Zufuhr von Energie. Durch diese Energiezufuhr wird lokal eine Temperatur eingestellt, die gleich der oder größer als die Zersetzungstemperatur des Pre cursormaterials ist. Bevorzugt wird durch lokal begrenzte Zufuhr von Energie eine lokale Temperatur im Bereich von 273 K bis 2073 K, besonders bevorzugt 293 K bis 873 K, am meisten bevorzugt 423 K bis 723 K eingestellt. Durch die Zersetzung des Precursormaterials wird die Innenbeschichtung auf der Innenoberfläche der Kanäle abgeschieden.The Deposition of a coating made of the precursor material through locally limited supply of energy. Through this energy supply is set locally a temperature equal to or greater as the decomposition temperature of the precursor material. Prefers becomes a local temperature due to localized supply of energy in the range of 273 K to 2073 K, more preferably 293 K to 873 K, most preferably 423 K to 723 K set. By the decomposition of the precursor material becomes the inner coating on the inner surface the channels deposited.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dauer der Zufuhr lokal begrenzter Energie in Schritt (d) so gewählt, dass eine Innenbeschichtung mit einer Dicke im Bereich von 10 bis 250 nm, insbesondere 50 bis 150 nm, am meisten bevorzugt 80 bis 120 nm abgeschieden wird. Überraschenderweise können durch eine solche einfache Wahl der Beschichtungsdauer Innenbeschichtungen erhalten werden, die sich durch eine besonders geringe Korrugation, geringe Oberflächenrauigkeit und geringe Höhe auszeichnen und für optische Anwendungen besonders geeignet sind.In In a preferred embodiment, the duration of the supply locally limited energy in step (d) chosen so that an inner coating with a thickness in the range of 10 to 250 nm, especially 50 to 150 nm, most preferably 80 to 120 nm is deposited. Surprisingly, you can through such a simple choice of coating time interior coatings obtained by a particularly low corrugation, low surface roughness and low height distinguished and particularly suitable for optical applications are.
Bevorzugt erfolgt die lokal begrenzte Zufuhr von Energie thermisch und/oder photochemisch, insbesondere durch einen Wärme- oder Heizstrahler, einen Ofen, einen Laser, Mikrowellenstrahlung und/oder ein Plasma. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die lokal begrenzte Zufuhr von Energie durch Kombination einer thermischen und einer photochemischen Zufuhr von Energie, insbesondere durch eine Kombination von Erwärmen oder Erhitzen mit einer Heizung (z. B. elektrische Heizung oder Induktionsofen) oder durch Einkopplung elektromagnetischer Wellen (z. B. Mikrowellen- oder Infrarotstrahlung) mit Bestrahlung (z. B. mit einem Laser).Prefers the localized supply of energy takes place thermally and / or photochemically, in particular by a heat or radiant heater, an oven, a laser, microwave radiation and / or a plasma. In a particularly preferred embodiment takes place the localized supply of energy by combining a thermal and a photochemical supply of energy, in particular by a combination of heating or heating with a heater (eg electric heater or induction furnace) or by coupling electromagnetic waves (eg microwave or infrared radiation) with irradiation (eg with a laser).
Die erfindungsgemäße Einstellung der Kanalstruktur auf eine konstante Grundtemperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des Precursormaterials ermöglicht es, die zur Beschichtung notwendige lokale zusätzliche Energiezufuhr zu reduzieren. Überraschenderweise kann dadurch ein wesentlich besser kon trollierbares Abscheidungsverhalten der Innenbeschichtung realisiert werden kann, das die Bildung geschlossener Lagenschichten mit äußerst geringer Höhe ermöglicht.The inventive adjustment of the channel structure to a constant base temperature below the decomposition temperature of the precursor material allows it to be coated to reduce necessary local additional energy supply. Surprisingly This can result in a much better controllable deposition behavior of the Interior coating can be realized, the formation of closed Layer layers with extremely low height allows.
Gegebenenfalls kann durch nachfolgendes Durchleiten eines Gases eine chemische, physikalische und/oder morphologische Veränderung der Beschichtung bewirkt werden. Beispiele für geeignete Gase sind Sauerstoff, Wasserstoff oder Stickstoff. Beispielsweise können Verunreinigungen durch Verbrennung, beispielsweise von organischen Resten zu Kohlenstoffdioxid und Wasser, entfernt werden.Possibly can, by subsequently passing a gas through a chemical, physical and / or morphological change of the coating be effected. Examples of suitable gases are oxygen, Hydrogen or nitrogen. For example, impurities can by combustion, for example from organic radicals to carbon dioxide and water, to be removed.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen innenbeschichteten Hohllichtwellenleiter umfasst bevorzugt die Durchführung einer in-situ-Prozessanalytik. Auf Grundlage der Prozessanalytik kann das Herstellungsverfahren gesteuert werden, so dass besonders vorteilhafte Innenbeschichtungen erhalten werden. Eine Prozessanalytik kann beispielsweise durch optische Messmethoden, durch online-Massenspektrometrie oder durch Entnahme von Gasproben und Vermessung mittels Gaschromatographie erfolgen.The Process for the preparation of the inventive internally coated hollow optical waveguide preferably comprises the implementation an in-situ process analysis. Based on process analytics The manufacturing process can be controlled so that special advantageous inner coatings are obtained. A process analysis For example, by optical measurement methods, by online mass spectrometry or by taking gas samples and measuring by gas chromatography respectively.
Eine in-situ-Bestimmung der Beschichtungsdicke kann insbesondere durch Lasertransmission vorgenommen werden. Dazu wird die Transmission von Laserstrahlung, beispielsweise eines roten Lasers mit einem Wellenlängenbereich von 660 bis 680 nm, im direkten Strahldurchgang durch den Hohllichtwellenleiter bestimmt, indem der in einer Photodiode bewirkte Photostrom gemessen wird. Die gemessenen Photoströme werden anhand von Referenzwerten korrigiert, die in derselben Anordnung jeweils ohne Hohllichtwellenleiter bzw. mit dem unbeschichtetem Hohllichtwellenleiter erhalten werden. Rasterelektronenmikroskopisch ermittelte Beschichtungsdicken werden mit den für die jeweiligen Beschichtungsdicken erhaltenen Photoströmen korreliert. Die so erhaltene Korrelation ermöglicht es, im laufenden Beschichtungsprozess eine zerstörungsfreie quantitative Bestimmung der Beschichtungsdicke vorzunehmen und so das Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen innenbeschichteten Hohllichtwellenleiter zur Erreichung einer bestimmten Beschichtungsdicke zu steuern.An in-situ determination of the coating thickness can be carried out in particular by laser transmission. For this purpose, the transmission of laser radiation, for example a red laser with a wavelength range of 660 to 680 nm, in the direct beam passage through the hollow waveguide is determined by measuring the photocurrent caused in a photodiode. The measured photocurrents are corrected on the basis of reference values which are obtained in each case in the same arrangement without a hollow-fiber waveguide or with the uncoated hollow-waveguide. Scanning electron microscopy determined coating thicknesses are with the for the respective Beschich tion thicknesses obtained photocurrents correlated. The correlation thus obtained makes it possible to carry out a non-destructive quantitative determination of the coating thickness in the current coating process and thus to control the production process of the internally coated hollow optical waveguides according to the invention to achieve a specific coating thickness.
Eine Steuerung des Herstellungsverfahrens kann auch bzw. zusätzlich auf Grundlage einer Produktanalytik der erfindungsgemäß hergestellten innenbeschichteten Hohllichtwellenleiter erfolgen. Dazu können für die Durchführung einer Analytik geeignete Präparationen angefertigt werden, beispielsweise Querschnitte mittels eines Ultramikrotoms für energiedispersive Röntgenmessungen, insbesondere eines zweidimensionalen Röntgenmappings, sowie für transelektronenmikroskopische oder rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen. Dadurch kann die durch die Wahl der Verfahrensparameter bewirkte Veränderung der Merkmale der Innenbeschichtungen untersucht und zur weiteren Steuerung des Herstellungsverfahrens verwendet werden.A Control of the manufacturing process may also or additionally based on a product analysis of the inventively prepared internally coated hollow optical waveguide. Can do this suitable for carrying out an analysis Preparations are made, for example cross sections using an ultramicrotome for energy-dispersive X-ray measurements, in particular a two-dimensional x-ray mapping, as well for trans-electron microscopy or scanning electron microscopy Investigations. This can be caused by the choice of process parameters Changes in the characteristics of the interior coatings studied and used to further control the manufacturing process become.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können verschiedene Precursormaterialien verwendet werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Precursormaterial ein sublimierbares Material ist, wobei ein bei Raumtemperatur sublimierbares Material bevorzugt ist. Es ist auch vorteilhaft, wenn das Precursormaterial stabil gegenüber Luft ist.In the method of the invention can different precursor materials are used. That's it advantageous if the precursor material is a sublimable material wherein a sublimable material at room temperature is preferred. It is also advantageous if the precursor material is stable with respect to Air is.
Bevorzugt ist Precursormaterial, das ein von Kohlenstoff verschiedenes Element aus der zweiten bis fünften Hauptgruppe oder einer Nebengruppe des Periodensystems der Elemente sowie organische Gruppen und/oder Carbonyl enthält, die chemisch direkt und/oder über ein Element der fünften oder sechsten Hauptgruppe an das jeweilige Element gebunden sind. Insbesondere kann das Precursormaterial eine organometallische Verbindung, die mindestens eine Metall-Kohlenstoff-Bindung aufweist, oder eine Komplex- oder Koordinationsverbindung sein, die einen organischen Liganden und/oder Carbonyl enthält. Dabei sind Komplex- oder Koordinationsverbindungen bevorzugt, die einen Liganden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Carbonyl, Hexafluoracetylacetonato und Acetylacetonato enthalten.Prefers is a precursor material that is an element other than carbon from the second to the fifth main group or a subgroup of the Periodic Table of the Elements as well as organic groups and / or carbonyl contains, directly and / or chemically Element of the fifth or sixth main group to the respective Element are bound. In particular, the precursor material can be a organometallic compound having at least one metal-carbon bond, or a complex or coordination compound having a contains organic ligand and / or carbonyl. There are Complex or coordination compounds which select a ligand are preferred from the group consisting of carbonyl, hexafluoroacetylacetonato and acetylacetonato.
In
einer bevorzugten Ausführungsform enthält das
Precursormaterial ein Element, das ausgewählt ist aus der
Gruppe bestehend aus Be, Ni, Pt, Cu, Pd, Ag, W, Re, Ir, Os, Au,
Pb, Bi und U, wobei die Elemente Ni, Ag, Au, W, Pb, Pt, Bi und U
besonders bevorzugt sind. Besonders bevorzugt ist dabei ein Precursormaterial,
das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
Bis-(1,1,1,5,5,5-hexafluor-2,4-pentandionato)-palladium(II),
Tetracarbonylnickel,
Nickelocen,
2,2,6,6-Tetramethyl-3,5-heptanedionatosilber(I),
Tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptandionato)bismut(III),
Tetraethylblei,
Bis(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)blei(II),
Uranhexafluorid,
Uranocen,
Uranacetat,
Wolframhexacarbonyl,
Dimethyl(hexafluoracetylacetonato)gold,
Tetrakis(triphenylphosphin)platin(0),
Bis(hexafluoracetylacetonato)platin(II),
Bis(acetylacetonato)platin(II),
Dimethyl(1,5-cyclooctadien)platin(II),
Methyl(triphenylphosphin)gold(I)
und
Bis-(1,1,1,5,5,5-hexafluor-2,4-pentandionato)-blei(II).In a preferred embodiment, the precursor material comprises an element selected from the group consisting of Be, Ni, Pt, Cu, Pd, Ag, W, Re, Ir, Os, Au, Pb, Bi, and U, wherein the elements Ni , Ag, Au, W, Pb, Pt, Bi and U are particularly preferred. Particularly preferred is a precursor material which is selected from the group consisting of
Bis (1,1,1,5,5,5-hexafluoro-2,4-pentanedionato) palladium (II),
tetracarbonylnickel,
nickelocene,
2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionatosilber (I),
Tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) bismuth (III),
tetraethyl lead,
Bis (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) lead (II),
Uranium hexafluoride,
uranocene,
uranium acetate,
tungsten hexacarbonyl,
Dimethyl (hexafluoroacetylacetonato) gold,
Tetrakis (triphenylphosphine) platinum (0)
Bis (hexafluoroacetylacetonato) platinum (II),
Bis (acetylacetonato) platinum (II),
Dimethyl (1,5-cyclooctadiene) platinum (II),
Methyl (triphenylphosphine) gold (I) and
Bis (1,1,1,5,5,5-hexafluoro-2,4-pentanedionato) -lead (II).
Die Erfindung betrifft auch innenbeschichtete Hohllichtwellenleiter, die nach dem oben beschriebenen Verfahren erhältlich sind. Überraschenderweise zeichnen sich die Innenbeschichtungen solcher innenbeschichteter Hohllichtwellenleiter durch eine besondere Oberflächenmorphologie aus. Ohne Beschränkung auf eine bestimmte Theorie wird davon ausgegangen, dass sich durch das erfindungsgemäße Verfahren homogene Lagenschichten mit geringer Korrugation, geringer Oberflächenrauigkeit und geringer Höhe ausbilden, die aus Partikeln aufgebaut sind, die eine monodisperse Partikelgrößenverteilung aufweisen und eine spezielle, insbesondere abgeplatte, in der Dimension senkrecht zur Beschichtungsfläche gestauchte Form haben. Diese innenbeschichteten Hohllichtwellenleiter sind insbesondere für optische Anwendungen vorteilhaft. Bevorzugte Ausführungsformen dieser innenbeschichtete Hohllichtwellenleiter weisen Materialien, Beschichtungsdicken, Oberflächenrauigkeiten, Höhen und/oder Partikelgrößenverteilungen auf wie oben definiert.The Invention also relates to internally coated hollow waveguides, which are obtainable by the method described above. Surprisingly, draw the inner coatings of such internally coated hollow optical waveguides through a special surface morphology. Without restriction on a particular theory is assumed to be through the method according to the invention homogeneous layer layers with low corrugation, low surface roughness and low altitude, which are made up of particles, the one monodisperse particle size distribution have and a special, in particular abplatte, in the dimension have upset perpendicular to the coating surface shape. These internally coated hollow optical waveguides are in particular for optical applications advantageous. Preferred embodiments this inner-coated hollow optical waveguide have materials, Coating thicknesses, surface roughness, heights and / or particle size distributions as above Are defined.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der erfindungsgemäßen innenbeschichteten Hohllichtwellenleiter. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen innenbeschichteten Hohllichtwellenleiter zur Formung, Führung, Fokussierung und Verstärkung elektromagnetischer Wellen oder Teilchenstrahlung, insbesondere von Mikrowellen, wobei der Wellenlängenbereich von 100 cm bis 1 mm besonders bevorzugt ist, von sichtbarem Licht, wobei der Wellenlängenbereich von 380 bis 750 nm besonders bevorzugt ist, von UV-Strahlung, wobei die Wellenlängenbereiche von 50 bis etwa 190 nm (VUV-Bereich) und 1 bis 50 nm (EUV-Bereich) besonders bevorzugt sind, von Laserstrahlung, von Röntgenstrahlung und von Teilchenstrahlung (γ-Strahlung und Neutronenstrahlung) verwendet werden.The Invention also relates to the use of the invention internally coated hollow fiber waveguides. In particular, it concerns the invention the use of the invention internally coated hollow fiber waveguides for shaping, guiding, Focusing and amplification of electromagnetic waves or particle radiation, in particular of microwaves, wherein the Wavelength range of 100 cm to 1 mm particularly preferred is, of visible light, the wavelength range from 380 to 750 nm is particularly preferred, from UV radiation, wherein the wavelength ranges from 50 to about 190 nm (VUV range) and 1 to 50 nm (EUV range) are particularly preferred, of laser radiation, X-ray and particle radiation (γ-radiation and neutron radiation).
Insbesondere bevorzugt sind dabei der niedrigenergetische Bereich der Röntgenstrahlung mit einer Energie von 0,124 bis 1,24 keV (entsprechend einer Wellenlänge von 1 bis 10 nm); der höherenergetische Bereich der Röntgenstrahlung mit einer Energie von 1,24 bis 12,4 keV (entsprechend einer Wellenlänge von 0,1 bis 1 nm), insbesondere die diskreten Wellenlängen der Cu-Kα-Strahlung (8 keV); und der hochenergetische Bereich der Röntgenstrahlung mit einer Energie von 12,4 bis 124 keV (entsprechend einer Wellenlänge von 0,01 bis 0,1 nm), insbesondere die diskreten Wellenlängen der MoKα-Strahlung (17 keV). Besonders bevorzugt ist der Bereich der Röntgenstrahlung mit einer Energie von 15 bis 30 keV.Especially preferred are the low energy range of the X-radiation with an energy of 0.124 to 1.24 keV (corresponding to one wavelength from 1 to 10 nm); the higher energy range of X-rays with an energy of 1.24 to 12.4 keV (corresponding to one wavelength from 0.1 to 1 nm), especially the discrete wavelengths the Cu-Kα radiation (8 keV); and the high energy area the X-radiation with an energy of 12.4 to 124 keV (corresponding to a wavelength of 0.01 to 0.1 nm), in particular the discrete wavelengths of MoKα radiation (17 keV). Particularly preferred is the range of X-radiation with an energy of 15 to 30 keV.
Insbesondere im hochenergetischen Bereich der Röntgenstrahlung ist die Wellenlänge der zu verstärkenden Strahlung kleiner als der Abstand der Atome im Festkörper. Überraschenderweise sind die erfindungsgemäßen innenbeschichteten Hohllichtwellenleiter insbesondere auch zur Formung, Führung, Fokussierung und Verstärkung elektromagnetischer Wellen geeignet, deren Wellenlängen geringer ist als die rms-Oberflächenrauigkeit und/oder die Höhe der dem Kanalinnenraum zugewandten Oberfläche der Innenbeschichtung.Especially in the high energy range of X-rays is the Wavelength of the radiation to be amplified smaller as the distance of the atoms in the solid state. Surprisingly are the internally coated according to the invention Hollow-waveguide especially for shaping, guidance, Focusing and amplification of electromagnetic waves suitable whose wavelengths are less than the rms surface roughness and / or the height of the channel interior facing surface the inner coating.
Bevorzugt ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen innenbeschichteten Hohllichtwellenleiter für röntgenlithographische Anwendungen wie Soft X-ray Lithographie (SXRL) mit 1 bis 2 keV oder Röntgentiefenlithographie wie Deep X-ray Lithography (DXRL) mit 4 bis 10 keV. Ebenfalls bevorzugt ist die Verwendung für röntgenmikroskopische Anwendungen im Spektralbereich von etwa 2 und bis etwa 4 nm (Wasserfenster).Prefers is also the use of the invention internally coated hollow optical waveguides for X-ray lithographic Applications such as Soft X-ray Lithography (SXRL) with 1 to 2 keV or X-ray depth lithography like Deep X-ray Lithography (DXRL) with 4 to 10 keV. Also preferred is the use for X-ray microscopy applications in the spectral range from about 2 to about 4 nm (water window).
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen innenbeschichteten Hohllichtwellenleiter ist ihre verbesserte Langzeitstabilität bei der Verwendung zur Formung, Führung, Fokussierung und Verstärkung elektromagnetischer Wellen oder Teilchenstrah lung. Bei unbeschichteten Hohllichtwellenleitern, beispielsweise aus Bleiglas, führen Energieaufnahmen, beispielsweise durch Röntgen-Exposition, langfristig zu Materialschäden an den Hohllichtwellenleitern und damit zu Intensitätsverlusten und zur Unbrauchbarkeit der Strukturen. Bei den erfindungsgemäßen innenbeschichteten Hohllichtwellenleitern können solche Materialschäden zumindest weitgehend vermieden werden.One particular advantage of the interior coated according to the invention Hollow fiber optic cable is their improved long-term stability when used for forming, guiding, focusing and Amplification of electromagnetic waves or particle radiation. For uncoated hollow-fiber waveguides, for example made of leaded glass, carry energy recordings, for example by X-ray exposure, long term to material damage to the hollow fiber waveguides and thus to loss of intensity and the uselessness of structures. In the inner coated hollow optical waveguides according to the invention can such material damage is at least largely avoided.
Insbesondere bevorzugt ist auch die Verwendung erfindungsgemäß innenbeschichteter Hohllichtwellenleiter zur Fokussierung von EUV-Strahlung oder Röntgenstrahlung für (röntgen)lithographische Anwendungen beispielsweise in der Maskenbelichtung für die Halbleiterproduktion. Bevorzugt ist auch die Verwendung erfindungsgemäß innenbeschichteter Hohllichtwellenleiter in röntgenmedizinischen Verfahren, insbesondere in der Röntgenendoskopie.Especially The use according to the invention is preferably also internally coated Hollow-waveguide for focusing EUV radiation or X-radiation for (X-ray) lithographic applications, for example in the mask exposure for semiconductor production. Prefers the use according to the invention is also internally coated Hollow-waveguides in X-ray procedures, especially in X-ray endoscopy.
Die Erfindung wird nun anhand von ausgewählten Beispielen eingehender erläutert.The The invention will now be discussed in more detail with reference to selected examples explained.
Beispiel 1example 1
Eine Monokapillare aus Quarzglas mit einer Länge von 250 mm, einem Außendurchmesser von 0,8 mm und einem Innendurchmesser von 0,55 mm wurde mittels eines Zweikomponentenklebstoffs an einem Ende an ein Vakuumsystem gasdicht angeschlossen und mehrmals durch gleichzeitiges Erhitzen auf 650 K und Überleiten von 1000 mbar molekularem Sauerstoff von innen gereinigt. Anschließend wurde eine konstante Grundtemperatur der Polykapillarstruktur von 373 K eingestellt. Der durch das Vakuumsystem eingestellte Minimaldruck betrug 10–5 mbar. Als Precursor wurde W(CO)6 verwendet. Durch ein bewegliches Ofensystem wurde über einen Zeitraum von 120 Minuten abschnittweise eine lokal begrenzte Temperatur von 696 K eingestellt. Abschließend wurde die Monokapillarstruktur unter Inertgasbedingungen versiegelt.A 250 mm long fused silica monocrillet, having a length of 250 mm, an outside diameter of 0.8 mm and an inside diameter of 0.55 mm, was gas-tightly connected to a vacuum system by means of a two-part adhesive at one end and heated several times by simultaneous heating to 650 K and passing 1000 mbar molecular oxygen purified from the inside. Subsequently, a constant basic temperature of the polycapillary structure of 373 K was set. The minimum pressure set by the vacuum system was 10 -5 mbar. As precursor W (CO) 6 was used. By means of a mobile kiln system, a locally limited temperature of 696 K was set in sections over a period of 120 minutes. Finally, the monocapillar structure was sealed under inert gas conditions.
Mit
der erhaltenen Innenbeschichtung wurden XRD(X-Ray Diffraction)-Messungen
durchgeführt (
Die
Beschichtungsdicke der Innenbeschichtung wurde rasterelektronenmikroskopisch
zu 104 nm bestimmt. Die Oberflächenmorphologie der Innenbeschichtung
wurde mittels AFM (Atomic Force Microscopy) untersucht (
Die
innenbeschichtete Monokapillare wurde mittels röntgenoptischer
Messungen in einem Energiebereich von 15 bis 30 keV untersucht.
Dabei wurden Intensitätsverstärkungen von bis
zu mehr als 80 erzielt (
Beispiel 2Example 2
Eine Monokapillare aus N16B-Glas mit einer Länge von 250 mm, einem Außendurchmesser von 2 mm und einem Innendurchmesser von 0,5 mm wurde mittels eines Zweikomponentenklebstoffs an einem Ende an ein Vakuumsystem gasdicht angeschlossen und mehrmals durch gleichzeitiges Erhitzen auf 650 K und Überleiten von 1000 mbar molekularem Sauerstoff von innen gereinigt. Anschließend wurde eine konstante Grundtemperatur der Polykapillarstruktur von 373 K eingestellt. Der durch das Vakuumsystem eingestellte Minimaldruck betrug 10–5 mbar. Als Precursor wurde W(CO)6 verwendet. Durch ein bewegliches Ofensystem wurde über einen Zeitraum von 120 Minuten abschnittweise eine lokal begrenzte Temperatur von 696 K eingestellt. Abschließend wurde die Monokapillarstruktur unter Inertgasbedingungen versiegelt.An N16B 250 mm long, 2 mm OD, 0.5 mm I.D. mono capillary was gas tightly attached to a vacuum system by means of a two-part adhesive at one end and heated several times by simultaneous heating to 650 K and passing 1000 mbar molecular oxygen purified from the inside. Subsequently, a constant basic temperature of the polycapillary structure set by 373K. The minimum pressure set by the vacuum system was 10 -5 mbar. As precursor W (CO) 6 was used. By means of a mobile kiln system, a locally limited temperature of 696 K was set in sections over a period of 120 minutes. Finally, the monocapillar structure was sealed under inert gas conditions.
Die
innenbeschichtete Monokapillare wurde mittels röntgenoptischer
Messungen in einem Energiebereich von 15 bis 30 keV untersucht.
Dabei wurden Intensitätsverstärkungen von bis
zu 75 erzielt (
Beispiel 3Example 3
Es wurde eine Polykapillarstruktur aus Glas mit einer Länge von 50 mm und einem maximalen Außendurchmesser von 7,20 mm verwendet, die etwa 40000 Kanäle mit einem Kanalinnendurchmesser von 29,5 µm enthielt. Diese Polykapillarstruktur wurde wie in Beispiel 1 an einem Ende an ein Vakuumsystem angeschlossen und von innen gereinigt. Anschließend wurde eine konstante Grundtemperatur der Polykapillarstruktur von 373 K eingestellt. Der durch das Vakuumsystem eingestellte Minimaldruck betrug 10–5 mbar. Als Precursor wurde W(CO)6 verwendet.A glass polycapillary structure having a length of 50 mm and a maximum outside diameter of 7.20 mm was used which contained about 40,000 channels with a channel internal diameter of 29.5 μm. This polycapillary structure was connected to a vacuum system at one end as in Example 1 and cleaned from the inside. Subsequently, a constant basic temperature of the polycapillary structure of 373 K was set. The minimum pressure set by the vacuum system was 10 -5 mbar. As precursor W (CO) 6 was used.
Durch ein bewegliches Ofensystem wurde über einen Zeitraum von 118 Minuten abschnittweise eine lokal begrenzte Temperatur von 723 K eingestellt. Die über das Ofensystem zugeführte Energie sowie der Temperaturgradient wurden konstant gehalten.By a portable furnace system was over a period of 118 minutes in sections a localized temperature of 723 K set. The supplied via the furnace system Energy as well as the temperature gradient were kept constant.
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