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Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung dünner Schichten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren von dünnen Schichten. Dünne Schichten werden auf Tragkörper aufgebracht und dienen zur Verwendung auf verschiedenen Gebieten der Elektro- technik. Derartige dünne Schichten eignen sich je nach ihrem Schichtenmaterial und ihrer Anordnung beispielsweise als magnetische oder Supraleitungsspeicher, als Leitungsbahnen für gedruckte Schaltungen, als Widerstandsschichten oder auch als metallische Belegungen von Kondensatoren.
Das Aufbringen derartiger Schichten kann nach vielen bekannten Verfahren vorgenommen werden. So ist es bereits bekannt, diese Schichten unter anderem durch Aufdampfen, durch Kathodenzerstäubung, durch Aufstreichen einer streichfähigen und später erstarrenden Masse oder aber auf dem elektrolytischen Wege galvanisch herzustellen.
Bei der elektrolytischen Abscheidung der betreffenden Schichten ist es notwendig, dass die Unterlage elektrisch leitfähig ausgebildet ist. So hat man diese Schichten bisher auf metallischen Trägem niedergeschlagen. Entweder bestanden die Träger vollständig aus elektrisch leitfähigem Material, oder sie wa-' ren entsprechend der gewünschten Schichtausbildung mit einer elektrisch leitfähigen Schicht überzogen.
Es hat sich nun gezeigt, dass sich die metallische Unterlage in vielen Fällen störend bei der Verwendung dieser Schichten auswirkte.
Aufgabe der Erfindung ist es, die elektrolytische Herstellung dünner Schichten zu verbessern. Die störenden Einflüsse auch im Betriebszustand elektrisch leitfähiger Tragkörper sollen nach der Erfindung verhindert werden, ohne das elektrolytische Abscheidungsverfahren zu komplizieren.
Die Erfindung bei einem elektrolytischen Verfahren zur Herstellung dünner Schichten, z. B. magnetischer Speicherschichten. Leitungsbahnen, Widerstandsschichten u. dgl. auf Tragkörpem besteht darin, dass als Trägerschicht ein Halbleiterkörper verwendet wird, dem durch entsprechende Behandlung, z. B. durch Erwärmung während des elektrolytischen Abscheidungsvorganges, eine um mehrere Zehner-Poten-
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B.dungsgemässen Schichtunterlagen bzw. Tragkörper garantieren eine günstige elektrolytische Abscheidung, ohne die Funktion der Schichten während ihrer Verwendung im Betriebszustand durch eine elektrische Leitfähigkeit der Tragkörper oder-schichten störend zu beeinflussen.
Die Erfindung sieht ferner vor, dass bei der Herstellung supraleitender Schichten, z. B. für Supraleitungsspeicher, heissleitende Tragkörper bzw. Trägerschichten im z. B. bei Zimmertemperatur leitfähigen Zustand verwendet werden. Die elektrolytische Schichtenabscheidung wird dabei bei derartigen Temperaturen vorgenommen, bei denen die heissleitenden Träger eine gute Leitfähigkeit besitzen.
Für magnetische Speicher, Leitungsbahnen u. dgl., die bei normalen Temperaturen, z. B. bei Zimmertemperatur, zum Einsatz gelangen, werden erfindungsgemäss kaltleitende Tragkörper oder Trägerschichten im z. B. bei -400C leitfähigen Zustand verwendet. Die elektrolytische Behandlung wird dann bei niederen Temperaturen, also im Leitfähigkeitsgebiet dieser Träger, vorgenommen. In weiterer Ausbildung der Erfindung werden photoleitende Trägerschichten oder Tragkörper für das Herstellungsverfahren dünner Schichten eingesetzt. Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung solcher photoleitender Trägerschichten die elektrolytische Abscheidung der gewünschten Schichten, die während der Belichtung durchgeführt wird, sehr einfach zu realisieren ist. So können die gewünschten Leitungszüge oder Speichermuster, z. B.
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trixspeicher, durch Belichtung dieser Teile in einem Herstellungsprozess angefertigt werden. Bei der elek- trolytischen Abscheidung lagern sich nur dort die gewünschten Schichten ab, wo die photoleitende Trä- gerschicht durch Belichtung leitfähig gemacht wurde. Dies kann z. B. durch ein Filmnegativ oder eine für die gewünschten Lichtstrahlen durchlässige Platte geschehen. Ein nachfolgender Abtragungsprozess der unerwünschten Schichtteile entfällt also bei diesem Herstellungsverfahren, so dass sich diese Art der Schicht- herstellung neben der Vermeidung der störenden Einflüsse im Betriebszustand elektrisch leitfähiger Träger noch durch eine besonders einfache Herstellungsweise auszeichnet.
Die halb-oder photoleitenden Schichten können nach einem bereits bekannten Aufdampfungsverfah- ren auf geeigneten Unterlagen hergestellt werden. Sie sind wegen einer höheren zulässigen Dicke nicht so strukturempfindlich, so dass sich das Aufdampfverfahren für diese Schichten nicht verbietet. Als photo- leitende Schichten eignen sich nach der Erfindung insbesondere Kadmiumsulfid (CdS), Bleisulfid (PbS),
Kadmiumtellurid (CdTe) und Selen (Se). Doch schliesst diese Angabe die Verwendung anderer geeigneter
Trägerschichten bzw. Tragkörper nicht aus. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung photoleitender Trä- ger liegt darin, dass die an und für sich schon recht gute Steuerbarkeit der elektrolytischen Schichtenab- scheidung durch die Regulierung der Belichtungsstärke der für die Schichtteile vorgesehenen photoleitenden
Unterlagen noch bedeutend verbessert werden kann.
Als Beispiele sind in der Zeichnung eine magnetische Speichermatrixplatte, eine Anordnung für das erfindungsgemässe, zur Herstellung dieser Speichermatrixplatte dienende Verfahren sowie ein Supra- leitungsspeicher angegeben.
In Fig. 1 ist eine Speichermatrixplatte dargestellt, bei der auf einem Tragkörper 1 in photoleitenden
Zwischenschichten 4 eingebettete, beim Betrieb durch diese Schichten gegenseitig isolierte Stromleitungen 2a und 2b orthogonal aufeinander verlaufen. An den Kreuzungsstellen der Stromleiter sind zwischen diese Stromleitungen magnetisierbare Schichtteile 3 eingelagert. Diese Schichtteile übernehmen die Speicherung der Signale.
In Fig. 2 ist ein Schnitt A-A der in Fig. 1 dargestellten Speicheranordnung angegeben. Auf einem Tragkörper 1 ist eine dünne photoleitende Schicht 4 aufgetragen, auf die nach dem erfindungsgemässen Verfahren stromleitende Bahnen 2b niedergeschlagen sind. Diese Strombahnen 2b sind mit einer photoleitenden Zwischenschicht 4 überdeckt, auf die die magnetisierbaren Schichtteile 3 niedergeschlagen sind. Diese magnetisierbaren Schichtteile sind wiederum durch eine photoleitende Schicht 4 von abgeschiedenen Stromleitungsbahnen 2a getrennt, die senkrecht zu den Stromleitungsbahnen 2b verlaufen und sich mit diesen an den Stellen der magnetisierbaren Schichtteile kreuzen. Die gesamte Anordnung ist durch eine isolierende Deckschicht 5 abgedeckt. Die photoleitenden Schichten 4 wirken im Betriebsfall isolierend.
Fig. 3 zeigt schematisch eine elektrolytische Abscheidungsanordnung, die als Beispiel für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dient. Ein Tragkörper 1 mit einer aufgedampften photoleitenden Schicht 4 ist in ein elektrolytisches Bad 9 eingetaucht. In diesem Bad ist weiterhin eine Platte 6 aus dem Material der gewünschten aufzutragenden magnetisierbaren Schicht enthalten. Diese Platte 6 und der Tragkörper 1 mit der photoleitenden Schicht 4 sind mit den elektrischen Polen 10 einer Stromquelle verbunden. Im Behälter 7 ist eine Scheibe 8 mit den niederzuschlagenden magnetisierbaren Schichtteilen entsprechenden, die Lichtstrahlen hindurchlassenden Aussparungen 8a vor der photoleitenden Schicht eingefügt. Diese Aussparungen 8a sind also nach dem Muster der aufzubringenden magnetisierbaren Schichtteile ausgebildet. Die Wand des Badbehälters 7 ist lichtdurchlässig.
In einer Belichtungskammer 11 befindet sich eine Lichtquelle 12 und eine Anordnung 13 zur Bündelung der Lichtstrahlen. Während des elektrischen Anschlusses der Platte 6 und der Trägerschicht 4 an die entsprechenden Pole 10 werden diejenigen Stellen der Trägerschicht 4, auf denen die gewünschte magnetisierbare Schicht elektrolytisch abgeschieden werden soll, durch Einwirkung der Lichtstrahlen aus der Belichtungskammer 11 durch die Wand und die entsprechenden Aussparungen 8a der Scheibe 8 elektrisch leitfähig gemacht. Diejenigen Teile der photoleitenden Schicht 4, auf denen keine magnetisierbare Schicht abgeschieden werden soll, werden von keinen Lichtstrahlen aus der Belichtungskammer getroffen und verhalten sich deshalb elektrisch nicht leitfähig.
Eine gute Bündelung der Lichtstrahlen und eine scharfe Ausbildung der belichteten Teile ist nach dem erfindungsgemässen Verfahren erwünscht.
In Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus einem Supraleitungsspeicher in Draufsicht dargestellt. Mit 1 ist eine Trägerplatte und mit 4a sind heissleitende Schichten bezeichnet. Auf Teilen dieser Schichten ist eine supraleitende Schicht 3 niedergeschlagen. Stromleiter 2c, 2d und 2f laufen parallel zueinander, aber in verschiedenen Schichtebenen übereinander längs eines Mittelsteges 3a der magnetisierbaren Supraleitungs - schicht. Sie dienen als Einschreib- bzw. Abfragedrähte. Die Anordnung ist mit einer Isolierschicht 5 abgedeckt.
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Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt B-B durch die in Fig. 4 angegebene Supraleitungsspeicheranordnung.
Auf der Trägerplatte 1 sind zwei stromleitende Drähte 2c und 2d in heissleitenden Schichten 4a eingebettet. Auf einer den Stromleiter 2d abdeckenden heissleitenden Schicht 4a ist nach dem erfindungsgemässen Verfahren eine supraleitende Schicht 3 mit dem Mittelsteg 3a abgeschieden. Über dem Mittelsteg 3a ist wiederum ein stromleitender Draht 2f isoliert von und parallel zu diesem Mittelsteg 3a und zu den Stromleitungen 2c und 2d eingelegt. Die Speicheranordnung ist mit einer Isolierschicht 5 abgedeckt.
Beispiel 1 : Auf einer Glasplatte werden Leitungsstränge aus Metall aufgebracht und darauf eine Kadmiumsulfidschicht mit etwa 109 Ohm niedergeschlagen. Durch Belichtung kann der Widerstand dieser Schicht um bis zu 7 Zehnerpotenzen, also auf etwa 10% Ohm, erniedrigt werden, so dass eine Permalloyschicht elektrolytisch auf den belichteten, also stark leitfähig gemachten Kadmiumsulfidschichtteilen abgeschieden werden kann. Auf dieser Permalloyschicht werden wiederum eine Kadmiumsulfidschicht und auf diese nunmehr die abschliessenden Leitungsstränge aufgebracht.
Beispiel 2: Auf einer Unterlage aus Silizium, dessen spezifischer Widerstand etwa p = 10'Ohm. cm beträgt, wird als ferromagnetische Schicht eine Permalloyschicht aus 80Jlo Nickel und 2010 Eisen elektrolytisch abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt auf den durch geeignete Belichtung leitfähig gemachten Teilen derSiliziumschicht. die beispielsweise einen spezifischen Widerstand von nur P Bel. 10. Ohm. cm aufweisen. "Leitfähig" heisst hier also, dass die elektrische Leitfähigkeit im Bezugspunkt-während der elektrolytischen Abscheidung - um zwei Zehnerpotenzen gegenüber der Leitfähigkeit bei Benutzung der Permalloyschicht, also ohne spezielle Belichtung, zunimmt.
Während der Permalloyabscheidung wird ein Magnetfeld von etwa 100 Oerstedt zur Ausbildung einer uniaxialen Anisotropie der Permalloyschicht angelegt. Die Elektrolyse erfolgt bei Zimmertemperatur aus einer wässerigen Lösung.
Beispiel 3 : Auf einer Germaniumplatte wird elektrolytisch bei etwa Zimmertemperatur eine Bleischicht abgeschieden. Die Bleischicht wird oberflächlich sulfidiert und auf dieser erfindungsgemäss leitfähig gemachten Bleisulfidschicht wird wiederum eine Bleischicht elektrolytisch abgeschieden. Diese Schicht wird erneut sulfidiert und darüber werden bei entsprechender Belichtung Zinnleitungen elektrolytisch niedergeschlagen. Diese Zinnleitungen dienen als aktive Gedächtniselemente, während die Bleischichten selbst als Steuerleitungen benutzt werden. Die gesamte Anordnung wird bei tiefen Temperaturen von etwa 3, 5 K betrieben. Bei dieser Temperatur verhält sich auch Zinn supraleitend.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung dünner Schichten, z. B. magnetischer Speicherschich- ten, elektrischer Leitungsbahnen, Widerstandsschichten od. dgl.. auf Tragkörpern bzw. Trägerschichten, dadurch gekennzeichnet, dass als Tragkörper bzw. als Trägerschicht ein Halbleiterkörper verwendet wird, dem durch entsprechende Behandlung, z. B. durch Erwärmung, während des elektrolytischen Abscheidungsvorganges eine um mehrere Zehnerpotenzen (in 0. 1) grössere Leitfähigkeit verliehen wird als nach der Abscheidung der Schicht im Benutzungszustand, z. B. während des Speicherns magnetische Zustände in der Schicht.