Brevet FR2692810A1 — publié le 19931231

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Dans le dispositif d'implantations d'ions classique construit comme décrit ci-dessus, le matériau à implanter est ionisé dans une chambre d'ionisation (non montrée) et envoyé sur les poudres A dans le récipient 2 tout en étant accéléré sous une tension de 10 à 400 k V, avec pour résultat l'implantation des ions dans les poudres Le dispositif classique limite l'implantation à une profondeur qui n'est que d'environ 0,1 micromètre. L'implantation d'ions exige en outre d'éliminer les charges positives des ions en les neutralisant ou en les déchargeant Cependant, si la neutralisation ou la décharge ne s'effectue pas, les charges positives se chargent sur les poudres A, ce qui se traduit par le fait que le matériau à implanter est éparpillé ou dispersé vers la périphérie du récipient. L'agitateur de poudres classique tel qu'il est décrit ci-dessus est constitué de manière que les palettes propulsives 3 montées dans le récipient 2 agitent les poudres A, et il n'agite donc pas les poudres A de façon satisfaisante à moins que la quantité de ces poudres A à traiter soit importante. Cependant, une augmentation de la quantité des poudres A entraîne une augmentation significative de la période de temps nécessaire à l'implantation des ions. De plus, l'agitateur de poudres classique comprend une section rotative constituée par le récipient 2 et des palettes propulsives 3, ce qui fait que les poussières déchargées par la section d'entraînement ont un effet néfaste sur la section rotative. Par ailleurs, le récipient 2 est chargé avec une grande quantité de poudres A, ce qui rend difficile une répartition uniforme des électrons en vue de leur neutralisation dans l'ensemble des poudres A En particulier, quand les poudres A â traiter ont une forte résistance, il est impossible de neutraliser les charges positives des ions et de décharger les charges positives du récipient 2, ce qui fait que les poudres A sont maintenues chargées positivement et que le matériau implanté est dispersé en direction de la périphérie du récipient 2. En outre, dans l'agitateur de poudres classique, il est nécessaire de disposer le récipient 2 et les palettes propulsives 3 dans une position relativement élevée et avec une grande précision Si cela n'est pas le cas, il arrive souvent que les particules des poudres A passent par les interstices entre les palettes propulsives 3 et le récipient 2, ou sont retenues entre eux. Les inconvénients décrits ci-dessus d'un agitateur de poudres classique sont également rencontrés avec un dispositif de déposition par faisceau ionisé. La présente invention a été faite en tenant compte des inconvénients susmentionnés de l'art antérieur. Donc, un but de la présente invention est de fournir un agitateur de poudres pour un dispositif d'implantations d'ions ou un dispositif de déposition par faisceau ionisé qui soit capable d'empêcher les poudres de se charger positivement et qui présente des caractéristiques d'agitation de poudres satisfaisantes. Un autre but de la présente invention est de fournir un agitateur de poudres capable d'éliminer efficacement les charges positives dues à la décharge ou à la neutralisation. Un autre but de la présente invention est de fournir un agitateur de poudres capable de permettre l'implantation et la déposition par faisceau ionisé d'une façon uniforme. Selon la présente invention, il est fourni un agitateur de poudres qui est utilisé pour un dispositif d'implantations d'ions ou un dispositif de déposition par faisceau ionisé L'agitateur de poudres comprend un récipient pour y recevoir les poudres et une section d'entraînement pour déplacer verticalement le récipient tout en le faisant tourner et en le maintenant horizontal La section d'entraînement provoque la rotation du récipient tout en inversant le sens de rotation du récipient et faisant varier sa vitesse de rotation en fonction du sens de la rotation du récipient. En accord avec la présente invention, il est également proposé un agitateur de poudres utilisé pour un dispositif d'implantations d'ions pour implanter des poudres avec un additif au moins partiellement ionisé dans un dispositif à vide ou de déposition par faisceau ionisé pour revêtir des poudres avec un additif au moins en partie ionisé sous un vide L'agitateur de poudres comprend une base montée dans le dispositif, un récipient pour y recevoir les poudres, plusieurs supports élastiquement déformables pour supporter le récipient sur la base, et une section de génération de vibrations montée soit sur la base soit sur les supports pour faire osciller les supports et déplacer verticalement le récipient tout en inversant le sens de la rotation du récipient et en modifiant sa vitesse de rotation en fonction du sens de rotation du récipient, tout en le maintenant horizontal. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le récipient est muni d'un fond comportant des saillies. Dans l'agitateur de poudres de la présente invention construit comme décrit ci-dessus, le récipient dans lequel sont reçues les poudres est 2692810 entraînée alternativement et latéralement en rotation selon une vitesse de rotation modifiée en fonction du sens de la rotation, et déplacé verticalement tout en étant maintenu horizontal, de façon que la force due à la modification de la vitesse de rotation du récipient permette aux poudres d'être transférées sur une surface du récipient tout en roulant sur cette surface. Ces buts et d'autres, ainsi que de nombreux avantages de la présente invention qui leur sont liés, seront plus facilement compris en se référant à la description détaillée qui suit, considérée en liaison avec les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe verticale montrant un mode de réalisation d'un agitateur de poudres selon la présente invention, monté dans un dispositif d'implantations d'ions; la figure 2 (a) est une vue en plan montrant un exemple d'un récipient incorporé dans un agitateur de poudres selon l'invention; la figure 2 (b) est une vue en élévation latérale en coupe selon la ligne B-B de la figure 2 (a); la figure 3 est une vue en élévation latérale en coupe montrant un autre exemple d'un récipient incorporé dans un agitateur de poudres selon la présente invention; la figure 4 est une vue en coupe verticale montrant un agitateur de poudres classique; la figure 5 (a) est une vue en plan montrant un autre exemple d'un récipient incorporé dans un agitateur de poudres selon la présente invention; la figure 5 (b) est une vue en élévation latérale en coupe du récipient montré a la figure 5 (a); la figure 6 (a) est une vue en plan montrant un récipient d'un agitateur à palettes propulsives classique; et la figure 6 (b) est une vue en élévation latérale en coupe du récipient montré 3 la figure 6 (a). On va maintenant décrire dans ce qui suit un agitateur de poudres selon la présente invention en référence aux dessins annexes. En se référant d'abord à la figure 1, celle-ci représente un mode de réalisation d'un agitateur de poudres selon la présente invention, monté dans un dispositif d'implantations d'ions Les mêmes références numériques qui sont utilisées en commun à la figure 1 et à la figure 4 qui montre l'art antérieur décrit ci- dessus désignent les parties correspondantes. Un agitateur de poudres du mode de réalisation illustré qui est désigné dans son ensemble par la référence numérique 11 a la figure 1 comprend généralement une base 12 montée sur le fond d'un carter à vide 1, un récipient cylindrique 13 dans lequel sont reçues les poudres, une paire d'éléments piézoêlectriques 14 fonctionnant en tant que section de génération de vibrations, plusieurs supports Plastiquement déformables 15 et une plaque supérieure 16. Plus particulièrement, les supports 15 sont disposés dans quatre positions définies sur des lignes diagonales, tout en étant maintenus inclinés Les supports 15 sont chacun montés par l'une de leurs extrémités sur une surface supérieure de la base 12 et par leur autre extrémité sur une surface inférieure de la plaque supérieure 16 Le récipient 13 est monté sur la plaque supérieure 16 au moyen de vis ou analogues de manière à en être solidaire Ainsi, le récipient 13 est supporte sur la base 12 par la plaque supérieure 16 et au moyen des supports 15. Les éléments piézoélectriques 14 sont chacun formés en un matériau céramique consistant en titanate de baryum, titanate de plomb ou zirconate de plomb Des tensions de polarité différente sont appliquées alternativement aux éléments piézoélectriques 14 disposés à l'opposé l'un de l'autre et entre lesquels sont montés chacun des supports 15, ce qui se traduit par le fait que les éléments piézoélectriques 14 sont sélectivement expansés et contractés Cette contraction et cette expansion des éléments piézoélectriques 14 provoque l'oscillation des extrémités distales de chacun des supports 14 Donc, l'ajustement ou l'alignement des directions dans lesquelles les supports 15 oscillent permet de déplacer verticalement le récipient 13 tout en le faisant tourner alternativement et latéralement comme indiqué par des flèches à la figure 1, et en le maintenant horizontal. Ce mouvement du récipient 13 sera appelé dans ce qui suit "mouvement rotatif et oscillant' La période de temps pendant laquelle une tension est appliquée aux éléments piézoélectriques 14 peut être également modifiée en fonction de la polarité de la tension appliquée Cette construction permet de modifier la vitesse ou vélocité du mouvement rotatif et oscillant du récipient 13 en fonction du sens de rotation de ce récipient 13. Par exemple, quand on coupe une tension qui est appliquée aux éléments piézoélectriques 14 pour que les supports 15 soient infléchis dans une direction qui amène le récipient 13 à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre, le récipient 13 est rapidement ramené à son état d'origine en raison de la force de rappel des supports 15 élastiquement déformés, ce qui fait que l'on peut modifier le mouvement rotatif et oscillant du récipient 13 en fonction du sens de rotation de ce récipient Une telle variation de la vitesse du mouvement rotatif et oscillant du récipient 13 qui dépend de la direction des oscillations du récipient permet aux poudres de se déplacer dans une direction prédéterminée tout en roulant Plastiquement dans le récipient 13. On décrira maintenant la construction du récipient 13 en référence aux figures 2 (a) et 2 (b) dans lesquelles la figure 2 (a) est une vue en plan du récipient 13 et la figure 2 (b) une vue en coupe selon la ligne B-S de la figure 2 (a) Le récipient 13 est réalisé en un matériau métallique tel que de l'acier inoxydable ou analogue, sous une forme cylindrique, et est muni dans son fond de nervures 13 a qui se croisent. Les nervures 13 a sont disposées de manière qu'une surface en pente de celles-ci soit tournée dans la direction du mouvement de la poudre Le récipient 13 comprend également dans la portion centrale de son fond un trou de montage 13 b par lequel le récipient 13 est monté sur la plaque supérieure 16 Le récipient 13 ainsi construit est mis à la terre, et il est donc maintenu sous une tension constante. Dans l'agitateur de poudres du mode de réalisation illustré et construit comme décrit ci- dessus, l'action coopérante des éléments piézoélectriques 14 et des supports 15 permet au récipient 13 d'effectuer un mouvement rotatif et oscillant et de modifier la direction des oscillations du récipient en fonction de la direction du mouvement rotatif et oscillant, le résultat étant que les poudres contenues dans le récipient 13 sont déplacées dans une direction prédéterminée tout en roulant dans le récipient 13, comme indiqué par les flèches à la figure 2 (a). Ainsi, l'application de l'agitateur de poudres du mode de réalisation illustré à un dispositif d'implantations d'ions ou à un dispositif de déposition par faisceau ionisé permet de réaliser positivement une agitation des poudres même quand la quantité des poudres est limitée, ce qui se traduit par une implantation d'ions ou une déposition par faisceau ionisé uniforme Le récipient 13 est également maintenu au potentiel de la terre; ce qui fait que même quand les poudres à traiter sont électriquement conductrices, les charges positives peuvent être déchargées positivement En outre, l'agitateur de poudres du mode de réalisation illustré peut réduire la quantité de poudres à traiter et présente des caractéristiques d'agitation satisfaisantes; ce qui fait que même que lorsque les poudres à traiter sont de résistance élevée, on peut obtenir une distribution uniforme des électrons pour leur neutralisation dans l'ensemble des poudres, ce qui conduit à une neutralisation efficace des charges positives. Des poudres qui doivent être soumises à une implantation d'ions ne sont donc pas chargées positivement, l'agitateur de poudres du mode de réalisation illustré empêchant la dispersion des poudres et assurant ainsi une implantation d'ions ou une déposition par faisceau ionisé de grand rendement. Par ailleurs, l'agitateur de poudres du mode de réalisation illustré est constitué de manière que la section d'entraînement ne comprenne aucun organe rotatif, ce qui élimine les inconvénients de l'art antérieur décrits ci-dessus et provoqués par le lubrifiant utilisé pour la section d'entraînement et par les poussières ou matières étrangères qui pénètrent dans la section d'entraînement Ainsi, un dispositif de déposition par faisceau ionisé ou un dispositif d'implantations d'ions auquel l'agitateur de poudres du mode de réalisation illustré est appliqué peut présenter une structure nettement simplifiée. On va maintenant décrire en référence aux figures 5 (a) et 5 (b) et aux figures 6 (a) et 6 (b), dans lesquelles les figures 5 (a) et 5 (b) montrent un récipient C d'un agitateur de poudres de la présente invention et les figures 6 (a) et 6 (b) montre un récipient D d'une agitateur de poudres classique, des essais comparatifs menés par les inventeurs sur un agitateur de poudres de la présente invention et sur un agitateur à palettes propulsives classique. On a utilisé A 1203 selon une quantité de 102 g/mol ( 6,02 x 1023/mol} pour constituer les poudres à traiter ou à agiter, et on a utilisé Zn comme élément à implanter Les récipients C et D avaient chacun un diamètre de 100 Les conditions de l'implantation ont été les suivantes: Tension d'accélération: 100 ke V Courant d'accélération: 100 g A Surface irradiée: diamètre de 60 à 80 Quand on ajuste le diamètre d'irradiation d'un faisceau pour qu'il soit égal au diamètre du récipient, il existe de fortes possibilités que l'implantation soit réalisée sur une paroi latérale du récipient, ce qui ne permet pas de déterminer avec précision la quantité de matériau à implanter; donc, le diamètre du faisceau est un peu plus petit que le diamètre du récipient, et est décalé. La quantité d'implantation a été la suivante: a 5 x 10-5 atm/mol b 5 x 110-4 atm/mol Dans le cas de poudres 1/mol: 6,02 x 1023 x 1/10 = 6,02 x 1022 = 6,02 x 1022/mol Pour un courant d'ions de 100 MA, la quantité d'irradiation par seconde a été la suivante: 1 x 10-4 (A)/1,6 x 10-14 = 6,3 x 10 '4/sec La durée nécessaire au dopage d'une quantité de x 10-5 atm/mol a été la suivante: 6,02 x 1022 x 5 x 10-e/6,3 x 10 Q 4 = 1,3 heures En ce qui concerne l'implantation dans le récipient C, on a implanté Zn selon une quantité de 5 x -4 atm/mol dans A 1203 selon une quantité comprise entre 2 et 20 g sans dispersion des poudres due à la charge (pendant 2,5 à 25 heures). Dans le récipient D, la charge d'A 1203 selon une quantité de 2 à 5 g a provoqué l'exposition partielle à la fois du fond du récipient et des palettes propulsives, et il a été impossible de déterminer avec précision la quantité d'implantation. Quand on charge A 1203 selon une quantité de 6 à 15 g, on évite l'exposition du récipient Cependant, quand on charge A 1203 selon une quantité de 6 g, 20 à 50 % des poudres se dispersent en 2 heures, alors que lorsqu'on charge A 1203 selon une quantité de 15 g, elles se dispersent en 1,5 heures Le chargement des poudres selon une quantité de 15 g ou plus se traduit par le fait que 50 % des poudres ou plus se dispersent en 1 heure, conduisant à l'arrêt de l'agitateur de poudres. Au cours d'un essai fait pour déterminer l'uniformité de l'implantation, on a effectué un échantillonnage de chacun des récipients C et D dans les emplacements montrés aux figures 5 (a) et 6 (b). L'emplacement d'échantillonnage 4 dans le récipient D a été une position dans laquelle un échantillon situé entre les palettes propulsives et le fond de récipient est en contact avec le fond Chaque échantillonnage a été réalisé selon une quantité de 1 g. La quantité des poudres utilisées a été de 10 g L'évaluation été faite en dissolvant les poudres dans un acide et en déterminant Zn par spectroscopie atomique par absorption. a 5 x 10-5 atm/mol ( 1,3 heures) C 1 4,9 x 10-5 2 4,5 x 10-5 3 5,4 x 10-s D i 5,4 x 10-5 2 6,6 x 10-5 3 4,0 x 10- 5 4 1,0 x 10-5 b 5 x 10-4 atm/mol ( 13 heures) C i 5,0 x 10-4 il 2 54 j x 10-4 3 4,8 x 10-4 D 1 Exposition de la surface du récipient due à la dispersion 2 10 x 10- 4 3 Exposition de la surface du récipient due à la dispersion 4 0,5 x 10-4 La figure 3 montre un autre exemple du récipient de l'agitateur de poudres de la présente invention Un récipient 23 est formé selon une forme sensiblement cylindrique, comme le récipient décrit plus haut. Le récipient 23 comprend sur son fond plusieurs nervures 23 a et un trou de montage 3 b Le fond du récipient 23 présente une forme courbe Cette configuration du récipient 23 empêche les poudres d'être sollicitées vers la surface périphérique du récipient par la force centrifuge produite pendant le mouvement rotatif et oscillant du récipient. Dans l'agitateur de poudres du mode de réalisation illustré, on utilise un élément piézoélectrique pour la section d'entraînement En variante, on peut utiliser tout autre moyen approprié pour la section d'entraînement dans la mesure o il peut modifier la vitesse ou la vélocité des oscillations du récipient en fonction du sens de rotation de ce récipient Par exemple, on peut utiliser dans ce but la force d'attraction magnétique d'un électroaimant, ou sa force de répulsion magnétique On peut également utiliser efficacement une combinaison de cette force avec une force de rappel d'un ressort à lame ou analogue. Comme on peut le voir par ce qui précède, l'application de l'agitateur de poudres de la présente invention à un dispositif d'implantations d'ions ou à un dispositif de déposition par faisceau ionisé permet de réaliser de façon uniforme l'implantation d'ions ou la déposition par faisceau ionisé car il présente des caractéristiques d'agitation améliorées même quand la quantité de poudres à traiter est réduite. Les caractéristiques d'agitation satisfaisantes de la présente invention permettent également d'éliminer positivement les charges positives par décharge ou neutralisation quelle que soit la magnitude de la résistance des poudres à traiter, de façon à assurer une implantation d'ions ou une déposition par faisceau ionisé efficace. Alors qu'un mode de réalisation préféré de l'invention a été décrit avec un certain degré de précision en référence aux dessins, des modifications et des variantes sont possibles à la lumière des enseignements ci-dessus Donc, on comprendra que l'invention puisse être mise en oeuvre d'une autre manière que celle qui a été décrite spécifiquement tout en restant dans son champ d'application. ua l@ uo Lteqo J op sues uos ques Ja AUL ue 4 no tua Ld Loa J 4 Pt L puws Le LJ^ J Soe Ld apa sqoddns S L pss L Ja LL Os a J Le 4 Jnod s; ioddns S 4 Lpsa L no aseq sLpel B ns Sú aaquow suo Le 4 q LA ap uo Lqe J 9 ua 6 9 p uo Lz Dss sun sa esseq eLpe L Jns us Ld Loe Mps L jea-oddns -nod sa Lqemwoj 9 p us 9 Wnb Lqs EL 9(SIT) sq Joddns s Jna Lsn Ld Isaspnod O ú s Lpsa L LO As Loa 3 Djh nnod ( q 1)%ue Ldt Da Jun t 4 Ljlsodstp qlpa L suep sa 9 uow (ZT) aseq sun : p Usaid WOD Llnb e D ua Gs LJ 9 oe Je D 'Sapk A un snos a SLUOL quss L La LL Jed SULOW ne Lk Lppe un ODA^e saipnod sap J Lea J Jnod as Luo L neeos Lej jed uo L 4 Lsod Gp SZ 8 p j Lj Lsod S Lpunno sp LA e 4 L Lsodstp un suep PSLUOL 4 U 9 ws L Ls L Jed su Low ne óLk Lppe un oa^e sa Jpnod sap Asaue Ld Wt L inod suo L p suo L De 4 ue Ldw Ld p 4 LLS Od S Lp un inod 9 ast L Ln seipnodap Jna@eq L 6 V puo 4 UOS ins (eúl) se SL Lkes ap Lunw se S ua Ld Lo DJ o M Lpe L anb q Le 4 a L Jed us Loa 4 De Je D '1 UOL 4 eo Lp Ue Aei e L Uo Le S seipnod ap Jnae 6 V -6 qus Ld Log q Lpnpuo Le 4 o Jap sues np UOL 4 o UO 4uauo Lqeqo J ap assa-LA e L lue Lpow ua @a;us Ld Loe J qpnp UOL 4 e OJ Sl sp S Us S s L;ues Je Au U@ ue nol qusa Ld Lo DJ;Lpnp uoeleo J e L quenbo Aoid quawauue Jqusp Uo L 4 Das aqpe L I Leuoz Lioq 4 ueue 54 u Lem a L ue q Us Ld Loe J ql Pe L Jeufno 4 4 ues LE 4 ue;noq q Ue Ld LZ De J qpe L 4 usewa Le 3 LSAA J De Ldep Jnod quawaue J 4 uapuou Dses aun fsaepnod sep i Lozaeai A inod (úI) qustdpai un puaedwo D Llnb ae Us s Ls 4 ele Je a SLUOL neaos Le 4 Jed uol Lsod 9 p @p 4 L)Lsods Lp un no suo Lp SUOL 4 eque Ldw Lp 4 Lqsods Lp un Inod GSLL 4 N ( 11) saeipnod ep Jnfe;e L 6 V ' SNOIIVDIGN 3 JA 3 0 T 8 Z 69 Z p 1 2692810 modifiant sa vitesse de rotation en fonction du sens de rotation dudit récipient tout en le maintenant horizontal. 4 Agitateur de poudres selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit récipient ( 13, 23) est muni de saillies ( 13 a, 23 a) sur son fond.