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ECRIQ zur Erzeugung eines Ionenstrahles mittels Gas und/oder mittels Laserinduzierter Materieverdampfung innerhalb und/oder außerhalb der ECRIQ und wenigstens einen, dem Ionenstrahl koaxial überlagerten Laserstrahl und/oder Laserseitenstrahl/en. Zur Implantation in Solidobjekten und Human-/Tiergewebe. Verfahren und Vorrichtung - Dokument DE19900437A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19900437A1 26.10.2000
Titel ECRIQ zur Erzeugung eines Ionenstrahles mittels Gas und/oder mittels Laserinduzierter Materieverdampfung innerhalb und/oder außerhalb der ECRIQ und wenigstens einen, dem Ionenstrahl koaxial überlagerten Laserstrahl und/oder Laserseitenstrahl/en. Zur Implantation in Solidobjekten und Human-/Tiergewebe. Verfahren und Vorrichtung
Anmelder Ehret, Hans-P., 76344 Eggenstein-Leopoldshafen, DE
DE-Anmeldedatum 11.01.1999
DE-Aktenzeichen 19900437
Offenlegungstag 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse C23C 14/48
Zusammenfassung Die erfindungsgemäße Vorrichtung u./od. Verfahren haben die Aufgabe, mittels eines Ionenstrahles - z. b. aus einer ECRIQ - u. eines Laserstrahles, dem Ionenstrahl in koxialer Konfiguration zugeordnet, Materie u./od. Materiekombinationen des Periodensystem der Elemente in Objekten zu implantieren u./od. zu beschichten.
Mittels geeigneter Vorrichtung/-en ist z. B. ein geschlossener Prozess (Hochvakuum), halboffener Prozess (Druckdifferenz zwischen Ionenquelle u. Prozesskammer) u./od. der offene Prozess (Hochvakuum der Ionenquelle u. Atmosphärendruck in der Prozesskammer) od. außerhalb/ohne Prozesskammer durchführbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung/-en ist in der Weise ausgestaltet, daß z. B. mehrere Ionenquellen/Ionenstrahlen als Koaxialstrahl/-en u./od. Ioneneinzelstrahl kombiniert, Einzel u./od. Mehrfachlaserstrahl/-en, in Zentral- u./od. Seiten-/Winkelanordnung ein/das Objekt beaufschlagen.
Prozesskonfiguration gemäß 5.2.
Der Implantations-/Beschichtungsprozess, in der erfindungsgemäßen ECRIQ-Laser-Kombination umfaßt die Flächen aller Solidobjekte, Human- u. Tiergewebe in Bezug auf Erosiv- u./od. Implantiv-Behandlung u./od. Beschichtung. Inclusiv der implantiv-Kurativ-Operativ-Medizin.
In Einbezug der Prozessdruck- u./od. Gasarteinstellung.
Höchstpräzise Dotierung von Schmelzen.
Der Einsatz der ECRIQ als Ionentriebwerk zur Lagestabilisierung in Orbitaleinheiten/Satelitten ist denkbar.
Ein in der Zukunft zu erschließende Anwendung ist die ...

Beschreibung[de]
  • 1. 1.1 Gegenstand der Patentanmeldung sind Vorrichtungen und Verfahren zur Oberflächenbeschichtung und/oder Implantation in Oberflächen und/oder tiefere Schichten von Solidobjekten sowie in Human- und Tiergewebe.
  • 2. 1.2 Die Beschichtungs- und/oder Implantationsmaterie umfaßt die Elemente des Periodensystems und deren Kombinationen.
  • 3. 1.2.1 Note: Alle Elemente des Periodensystems oberhalb 20|10 Ne sind solide.
  • 4. 1.3 Zielsetzung der Oberflächenbeschichtung und/oder Implantation sind gezielte Struktur- und Eigenschaftsänderungen.
  • 5. 1.4 Kurative und präventive Anwendung in der Medizin, z. B. At-211 Implantation in Tumorgewebe.
  • 6. 1.5 Anwendung in der Medizintechnik.
  • 7. 1.6 Beispiel Medizin: Es ist bekannt, daß Phosphor, radioaktiv, in einem z. B. Metallträger implantiert wird. Metallträger (Stent) und implantiertes radioaktives Phosphor sind angewandtes Objekt kurativer Herztherapie.
  • 8. 1.6.1 Der für dieses Verfahren erforderliche Ionenstrom entsprechender Energie verursacht durch Sputterprozesse apparative Kontamination.
  • 9. 1.6.2 Ein großer Teil des radioaktiven Phosphors, an der Oberfläche des Metallträgers locker angelagert, verursacht eine entsorgungspflichtige Kontamination.
  • 10. 1.7 Weiter ist bekannt, daß zur Steigerung des Wirkungsgrades bei Verbrennungskraftmaschinen, die flammbeaufschlagten Flächen den Anforderungen im Hinblick auf Temperatur- und Korrosionsverhalten nicht genügen. Keramikteile die Erwartungen nicht erfüllen. Nanotechnik-Teile den Erwartungen nicht entsprechen.
  • 11. 1.8 Die aktuellen Erkenntnisse von Beschichtungs- und Implantationsverfahren haben weitab von theoretischen. Modellen zum Teil dramatische Ergebnisse des physikalischen und chemischen Verhaltens erbracht,
  • 12. 1.9 Literatur gleicher Nr. 1.9 Blatt 3.
  • 13. 1.9.1 Jedoch, es besteht ein beachtlicher Vorrichtungs- und Verfahrensmangel.
  • 14. 1.10 Die Beispieldarlegung 1.6 bis 1.8 und 1.11 bewirken keine Eingrenzung der Vorrichtungen und/oder der Verfahren des Anwendungsspektrums.
  • 15. 1.11 Für die Anwendung des Erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der Vorrichtungen lassen sich derzeit keine Anwendungsgrenzen erkennen.
  • 16. 1.12 Es ist z. B. bekannt, daß galvanische Spuren auf Leiterplatten der bekannten Materialien und Verfahren in der Raumfahrt hohe Stör- und Ausfallraten verursachen. Implantierte Leiterspuren auf Solid-Substraten bieten eine um Größenordnungen höhere Sicherheit.
  • 17. 1.13 Haftungsprobleme beherrschen nach wie vor alle Sparten der Beschichtungstechnologie.
  • 18. 1.14 Die Beschichtungs- und Implantationstechnologie hat den Standard - die Einstellung der interatomaren Bindungsenergie für den Zeitraum des implantativen Ereignisses (nsec) - noch nicht erreicht.
  • 19. 1.15 Stand der Technik: Pulver-/Granulatdeponie auf der Implantationsfläche und Laserpulsbeaufschlagung oder Beschichtung und Laserpulsbeaufschlagung.
  • 20. 2.0 Beschreibung des Verfahrens
  • 21. 2.1 Das erfindungsgemäße Implantations- und/oder Beschichtungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß es z. B. mittels einer Elektronen-Cyklotron-Resonanz-Ionen- Quelle (ECRIQ), gemäß den Patentanmeldungen
  • 22. 2.1.1 Akt. Zeichen Nr. 195 13 345.5 und 196 41 439.3

    (1) Fig. 2 ein Ionenstrahl (3), bestehend aus einem oder mehreren Elementen des Periodensystems und/oder radioaktiven Elementen erzeugt. Der Ionenstrahl wird auf ein zur Implantation, in einer Prozesskammer (9) positioniertes Beschichtungs-/Implantationsobjekt (17) hin beschleunigt.
  • 23. 2.1.2 In der Kombination/Zusammensetzung des Ionenstrahles bestehen keine Einschränkungen, Er umfaßt alle Elemente des Periodensystems.
  • 24. 2.2 Koaxial zudem in der ECRIQ erzeugten Ionenstrahl (3) durchläuft ein Laserstrahl (3a) prozesskonformer Energie und Wellenlänge, durch ein vakuumdichtes Laserobjektiv (6) und bilden einen Koaxialstrahl (3). Der Koaxialstrahl (3) kann aus mehreren Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge gebildet werden. Fig. 3 (2, 12).
  • 25. 2.2.1 Ionenstrahl und Laserstrahl in genannter koaxialer Konfiguration beaufschlagen das Implantationsobjekt (7).
  • 26. 2.2.2 Prinzip-Darstellung Fig. 1.
  • 27. 2.3 Ionenstrahl und Laserstrahl sind so einstellbar, daß z. B. ein Laserstrahl/Laserpuls dem Ionenstrahl/Ionenpuls voreilt, vorzeitig, nachzeitig oder gleichzeitig die Implantationsfläche (7) beaufschlagt. Einstellbar ist auch der Dauerbetrieb beider Strahlarten und/oder Puls-Dauerstrahl wechselseitig.
  • 28. 2.3.1 Ionenstrahl- und Laserstrahlenergie, Pulsdauer und Ionenstrahlstärke sind einstellbar. Sie bestimmen die Implantationstiefe/Depottiefe Implantationsmasse/-menge pro Raumeinheit und deren räumliche Verteilung.
  • 29. 2.3.2 Eine der ECRIQ nachgeschaltete Ionenoptik, Ablenk- und Umlenksystem bestimmen die Ionenstrahldimension und Richtung, (4, 5, 8) Fig. 3.
  • 30. 2.3.3 Note: Lichtgeschwindigkeit des Laserstrahles und die weitaus geringere Geschwindigkeit des Ionenstrahles.
  • 31. 2.4 Die Einstellung der Interatomaren-Bindungskräfte/- Bindungsenergie im Implantationsobjekt (7) Fig. 2 erfolgt mittels Laserenergiezufuhr (2, 3a) Fig. 2.
  • 32. 2.5 Mittels der freien Kombination von Laserstrahl (3a) und des Ionenstrahles (3b) bzw. des Koaxialstrahles (3) werden räumliche Implantationsmuster erzeugt.
  • 33. 2.6 Ein Verfahren der erfindungsgemäßen Art und/oder Anwendung ist aus der Literatur, eigenen Recherchen und/oder Veröffentlichungen nicht bekannt.
  • 34. 2.7 Verfahren der Laser-Schockhärtung sind nicht vergleichbar.
  • 35. 2.8 Der in 2.1.1 gegebene Bezug auf ECRIQ gemäß den Patentanmeldungen bewirken keine Einschränkung auf Tonenquellen des genannten Types.
  • 36. 30.0 Beschreibung der erfindungsgemäßen Implantations- Beschichtungsvorrichtung
  • 37. 30.1 Für die in 2.0 beschriebenen Implantationen bzw. Beschichtungen ist es vorteilhaft, die unter Aktenzeichen Nr. 195 13 345.5 und Aktenzeichen Nr. 196 41 439.3 Patentanmeldung beschriebenen Vorrichtungen - ECRIQ - zu verwenden.
  • 38. 30.1.1 Dies bedeutet keine Eingrenzung in Bezug auf die genannten Ionenquellentypen.
  • 39. 30.2 Der ECRIQ (1) wird ein Leistungs-Laser (2) zugeordnet. Dieser erzeugt mit dem Ionenstrahl (3b) ein koaxiales Strahlenbündel (3), Fig. 2. Das Prinzip beschreibt Fig. 1.
  • 40. 30.3 Dem Koaxialstrahl (3) kann ein Justierlaserstrahl zugeordnet sein. Die Laserstrahlen/Leistungs- und/oder Justierlaser wird/werden über eine vakuumdichte Laseroptik (6) Fig. 2, zentral in die ECRIQ (1) eingespeist und durchläuft diese, mit dem in der ECRIQ (1) erzeugten Ionenstrahl (3b) bis zur Beaufschlagung des Beschichtungs-/Implantationsobjektes (7), Fig. 1 und Fig. 2.
  • 41. 30.3.1 Beschleunigungsenergie bis ca. 400 keV.
  • 42. 30.3.2 Der genannte Wert bedeutet keine Eingrenzung in der Höhe der Beschleunigungsspannung.
  • 43. 30.4 Ionenbeschleunigungselemente (23, 24) und in erwähnten Patentanmeldungen sowie Ionenstrahlsteuerelemente (8, 5) steuern den Ionenstrahl in Bezug auf Ionenenergie, Ionenstrahl-Dimension und Ionen-Selektion, Fig. 2 und Fig. 3.
  • 44. 30.5 Der dem Ionenstrahl (3b) überlagerte Laserstrahl (3a) hat die Aufgabe der Einstellung/Modifizierung der interatomaren Bindungskräfte mittels Energiezufuhr und ist mitbestimmend für die Implantation und Modifizierung/Einstellung der Schichtenstruktur des Implantationsobjektes (7).
  • 45. 30.6 Die Prozeßkammer (9) ist mit wenigstens einer Laser- ECRIQ-Kombination (1, 2) ausgestattet, die zentral und/oder seitlich/Winkel an der Prozeßkammer angeordnet ist und mittels Isolator (10/10a) von dieser galvanisch getrennt.
  • 46. 30.7 Der Druck innerhalb der Prozesskammer kann mittels des Vakuumpumpsystems (16) bis in den Hochvakuumbereich abgesekt werden. Fig. 1 und Fig. 2.
  • 47. 30.8 Zur Prozeßeinstellung/-Regulierung kann wenigstens ein Leistungslaser (2) (Zusatzleistungslaser) zentral und/oder seitlich/Winkel angeordnet sein, Fig. 2.
  • 48. 30.9 Zur Prozeßsteuerung/-unterstützung kann wenigstens eine Gaszuführung (15) an der Prozeßkammer (9) angebracht sein.
  • 49. 30.10 Prozeßbedingte Laserleistungserhöhung und/oder λ-Einstellung/λ-Mischung inn- und außerhalb der ECRIQ (1) wird durch Ankoppelung mittels Laseroptiksystem (29) Fig. 3 realisiert.
  • 50. 30.11 Die Anordnung der Leistungslaser-ECRIQ-Kombination (1, 2) incl. der Ionenstrahlsteuerelemente (8, 5) sind frei kombinierbar.
  • 51. 30.12 Die in den Figuren gezeigte Winkeleinstellung bewirkt keine Eingrenzung bezüglich der realen Winkeleinstellung.
  • 52. 30.13 In der weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann gemäß Fig. 4 eine Tandemanordnung erforderlich sein.
  • 53. 30.13.1 Insbesondere für die Herstellung von Nanopartikel und/oder Diamantscheiben. Trennstelle (27) Fig. 9.
  • 54. 30.14 Mittels der Bewegungsvorrichtung (19) und Ionenoptik (5, 8) kann ein räumliches (17) und/oder geometrisches Prozeßmuster erzeugt werden. Einen zusätzlichen Freiheitsgrad zur Implantationsmustererzeugung ist durch das im Isolator integrierte Gelenk gegeben.
  • 55. 30.15 Laser (2), ECRIQ (1), Ionensteuerelemente (8), Laserobjektiv (6) und Vakuumkammer (31) kann synchron gekoppelt sein.
  • 56. 30.16 Die Vorrichtung gemäß Fig. 5 ermöglicht Implantations- /Beschichtungsprozesse, die unterschiedliche ECR-Bedingungen und/oder Beschichtungs-/Implantationsbedingungen erfordern.
  • 57. 30.16.1 Die Gas- und Druckbedingungen für den Prozeß- und/oder die Ionenstrahlerzeugung sind innerhalb der Prozeßkammer (9) mittels der Vakuumkammer (31), Vakuumpumpsystem (18) und Ionenfenster (20) getrennt einstellbar.
  • 58. 30.16.2 Z. B. Implantation in Gewebe unter höchststerilen Bedingungen.
  • 59. 30.17 Die offenen Systeme gemäß den Fig. 6, 7 und 8. Offene Systeme sind parallel zur technologischen Anwendung, primär dem medizinischen Sektor entsprechend, ausgestaltet.
  • 60. 30.17.1 Es ist bekannt, daß Tumore des Types glioblastoma multiforme (GBM) (Gehirntumor) nicht heilbar sind. Durch Ankoppelung von Astatine-211, ein α-Strahler, an einen Antikörper, ist eine Verdoppelung der Überlebenszeit auf ca. 1 Jahr vereinzelt erreicht worden. Weiter ist bekannt, daß 1-2 α-Teilchen pro Humanzelle ausreichen, um Tumorsequenzen zu zerstören. Der hiochemische Transport, an das Antikörpertransportsystem gekoppelt, muß mit dem α-Strahler den Organismus passieren.
  • 61. 30.17.2 Eine Direktimplantation von 211|85 At* bei gegebenen Umständen kann eine Zukunftsweisende Richtung vorgeben.
  • 62. 30.17.3 Insbesonders bei malignen Tumoren, weltweit in dramatischem Anstieg begriffen, ist die Diskussion neuer Therapieansätze zwingend.
  • 63. 30.18 Die erfindungsgemäße Vorrichtung Fig. 9 entspricht der Nanopartikelherstellung.
  • 64. 30.18.1 Sie erfordert vor dem Syntheseschritt die Zerkleinerung der Materie. Sinnvoller Weise zu Atomen und/oder Ionen, die bei Prozeßkonformen Druck-, Gas- und Energiebedingungen - kontrollierbar - zu größeren Nanoverbänden zu fügen sind.
  • 65. 30.19 Mittels der Laservorrichtungen (2, 6, 12, 29) Oberhalb der ECRIQ (1) wird in der laserinduzierten Verdampfungsvorrichtung (26) Materie (34) einer Sorte und/oder in Mischform im Sputterprozeß, Schmelz- und/oder Verdampfungsprozeβ aufbereitet/erzeugt und mittels des Hohlzylinderisolators (25) - z. B. Saphir- oder Rubinhohlzylinder - über (10) einen Zusatzisolator, vakuumdicht verbunden, in die ECRIQ (1) eingespeist.
  • 66. 30.20 Eine ringförmige Laseranordnung in der Materieebene (34) an der laserinduzierten Verdampfungsanlage (26) und/oder oberhalb der Trennungslinie (27) kann erhebliche Prozeßvorteile erbringen.
  • 67. 30.21 Um den Massentransport aus der laserinduzierten Verdampfungsvorrichtung (26) in die Reaktionszone (35) und/oder Prozeßebene (21, 22, 23) zu erhöhen, kann es sinnvoll sein oberhalb der Trennlinie (27) eine zweite ECRIQ-Vorrichtung (1) anzubringen.
  • 68. 30.22 Das Reaktionsplasma kann, auf Grund des Plasmaextraktionsvermögens der ECRIQ (1), in den Prozeßebenen (21, 22, 23) eingestellt werden.
  • 69. 30.22.1 Diese Einstellung ist für die Herstellung von Diamantscheiben geeignet.
  • 70. 30.23 Zur Prozeßeinstellung ist an der laserinduzierten Verdampfungskammer (26) ein Gaseinlaß (28) vorgesehen.
Bezugsliste der Ziffernbezeichnungen

1 ECR-Ionenquelle (ECRIQ)

2 Laser/Leistungslaser

3 Koaxialstrahl (Ionen + Laserstrahl)

3a Laserstrahl

3b Ionenstrahl

4 Ionenstrahl Umlenksystem

5 Ionenstrahl Cup

6 Laseroptik Vakuumdicht

7 Implantationsobjekt

8 Ionenoptiksystem

9 Prozeßkammer

10 Isolator

10a Gelenkisolator

11 Laser

12 Laserstrahl

13 Koaxialstrahl

13b Ionenstrahl

14 nicht benannt

15 Prozeßgaseinlaß Prozeßkammer

16 Vakuumpumpsystem 1

17 Prozeßmuster

18 Vakuumpumpsystem 2

19 Bewegungsvorrichtung

20 Ionenfenster

21 Objekthalter

22 Objekthalter in Pos. 2

23 Objekthalter in Pos. 3

24 Plasmagitter

24a Beschleunigungsgitter

25 Saphir Hohlzylinder

26 Laser- (induzierte) Verdampfungskammer

27 Trennstelle

28 Gaseinlaß

29 Laseroptiksystem

30 Halterung

31 Vakuumkammer

32 Laserspiegel

33 Streustrahlschutz

34 Materie-Barren

35 Reaktionszone


Anspruch[de]
  1. (ohne Patentansprüche)






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