DE1490296B2 - Verfahren zur Herstellung sehr dünner elektrisch hochisolierender Schichten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung sehr dünner elektrisch hochisolierender SchichtenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung sehr dünner, elektrisch hochisolierender
Schichten auf Unterlagen, bei dem auf die Unterlage eine Schicht aus einem Ventilmetall, z. B. Aluminium, aufgebracht \yird und diese mit einer dünnen
sauerstoffhaltigen ionenleitenden Schicht überzogen wird.
Für elektrische Kondensatoren, für elektrische Mikrobauelemente sowie für eine Reihe anderer Anwendungsbereiche,
bei denen mehrere Metall- und Isolierschichten übereinander angeordnet sind, werden
Verfahren benötigt, nach denen außerordentlich dünne elektrische Isolierschichten hergestellt werden
können.
Aus dem Aufsatz »Ultrathin Dielectric Films« in der Zeitschrift »Electro-Technology«, Dezember 1969,
S. 157 bis 159, ist es bekannt, durch Aufdampfen von Siliziummonoxid zwischen zwei Aluminiumelektroden
isolierende Schichten herzustellen.
Aus der deutschen Patentanmeldung B 16 842 (bekanntgemacht am 18. 12. 1952) ist es bekannt, Aufdampfschichten
aus Titanaten, Zirkonaten u. dgl. dadurch zu bilden, daß die in den Verbindungen enthaltenen
Metalle auf eine Unterlage aufgedampft werden und die aufgedampften metallischen Schichten durch
thermische Oxydation in einer oxydierenden Atmosphäre in die entsprechenden Oxide umgewandelt
werden.
Bei der Herstellung elektrischer Kondensatoren ist es bereits bekannt, durch Auftragen von Lack Schichten
in der Größenordnung von einigen μ herzustellen und als Koridensatordielektrikum zu verwenden. Es
ist weiterhin bekannt, solche Dielektrikumsschichten durch Aufdampfen anorganischer oder organischer
Isolierstoffe herzustellen. Die nach diesem Verfahren hergestellten Schichten müssen, um eine ausreichende
Spannungsfestigkeit und genügend hohes Isolationsvermögen zu erhalten, gleichfalls in einer Stärke, die
1 μ kaum unterschreitet, hergestellt werden.
Außerordentlich dünne Isolierstoffschichten kommen in Elektrolytkondensatoren zur Anwendung. Die
Stärke dieser Schichten liegt in der Größenordnung von etwa 100 Ä. Trotz der geringen Stärke der als
Dielektrikum wirkenden Oxydschicht in Elektrolytkondensatoren ist der Abstand zwischen Anode und
Kathode in Elektrolytkondensatoren stets wesentlich größer, da zwischen Oxydschicht und der Kathode
stets noch ein Elektrolyt oder bei den sogenannten Trockenelektrolytkondensatoren eine Halbleiterschicht
angeordnet werden muß, deren Stärke die Stärke der eigentlichen Oxydschicht wesentlich übersteigt.
Auch auf diesem Wege ist es daher nicht möglich, Isolierschichten herzustellen, die die Anordnung
voneinander zu isolierender Teile in einem Abstand in der Größenordnung von etwa 100 Ä ermöglichen.
In wissenschaftlichen Veröffentlichungen sind auch
schon Isolierschichten außerordentlich geringer Starke beschrieben worden, die durch Vernetzen von SiIikonöl
hergestellt werden und die eine außerordentlich hohe Isolationsfestigkeit besitzen sollen.
Durch eingehende Untersuchungen wurde festgestellt, daß auch die beschriebenen Vernetzungsschichten zumindest in geringer Stärke kein ausreichendes
Isolationsvermögen besitzen. Weiterhin ist es in der Regel nicht möglich, auch aus ausgezeichneten
Isolierstoffen durch Aufdampfen oder Auflackieren Isolierschichten in einer Stärke von etwa 100 A herzustellen,
die über ausreichende Spannungsfestigkeit und ein hohes Isolationsvermögen verfügen. Hingegen
gibt die Erfindung ein Verfahren an, das die Herstellung derartig dünner Isolierschichten gestattet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, elektrisch hochisolierende Schichten auf Unterlagen im Angströmbereich (102 bis 103 A) aufzubringen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Ventilmetallschicht eine dünne ionenleitehde Schicht durch Aufdampfen oder Vernetzen aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, elektrisch hochisolierende Schichten auf Unterlagen im Angströmbereich (102 bis 103 A) aufzubringen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Ventilmetallschicht eine dünne ionenleitehde Schicht durch Aufdampfen oder Vernetzen aus der
ίο Dampfphase im Vakuum gebildet wird und durch
nachfolgende Oxydation des Ventilmetalls zwischen diesem und def iönenleitenden dünnen Schicht eine
Oxydschicht gebildet wird. Die eigentliche Isolation bewirkt hierbei die Oxydschicht, während die ionenleitende
Schicht gewissermaßen als Trockenelektrolyt wirkt. Während jedoch bei gebräuchlichen Elektrolytkondensatoren
oder Trockenelektrolytkondensatoren der Elektrolyt bzw. eine Halbleiterschicht, die
diesen ersetzt, eine erhebliche Stärke besitzt und besitzen muß, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
die ionenleitende Schicht in der Stärke von etwa 100 A aufgedampft öder durch Vernetzung auf- ■
gebracht werden. Beispielsweise kann die Stärke der ionenleitenden Schicht zwischen 102 und ΙΟ3 Α liegen.
Als Gegenelektrode zur Durchführung der anodischen Oxydation kann auf die ionenleitende Schicht eine
leitende Schicht, z. B. aus einem Nichtventilmetall, aufgebracht werden.
Die auf dem Ventilmetall gebildeten Oxydschichten wirken im wesentlichen dann nur so sperrend,
wenn die Ventilmetallschicht positiv gepolt ist, also als Anode geschaltet ist, weshalb es vorteilhaft ist,
wenn für bipolare Anwendung der Isolierschicht über der ionenleitenden dünnen Schicht eine zweite Ventilmetallschicht
aufgebracht werden muß, worauf auch zwischen der zweiten Ventilmetallschicht und der
ionenleitenden Schicht durch anodische Oxydation eine Oxydschicht gebildet wird.
Die ionenleitende dünne Schicht kann z. B. durch Vernetzung von Silikonöl aus der Dampfphase gebildet
werden. Die Vernetzung der Silikonölschicht kann durch Beschüß mit Elektronenstrahlen erfolgen.
Andererseits läßt sich die ionenleitende dünne Schicht auch durch Aufdampfen von Siliziumoxyd
herstellen. «;iji
Die Bildung der Oxydschiehten zwischen den ionenleitenden Schichten und den Ventilmetallschichten
durch anodische Oxydation erfolgt ohne zusatz--liehe
Verwendung besonderer Formierelektrolyte und unter Verwendung der ionenleitenden Schicht als
Formierelektrolyt. Insbesondere ist es daher möglich, Mikrobauelemente mit mehreren aufeinanderfolgend
aufgedampften Kombinationen aus Ventilmetallschichten
und ionenleitenden Schichten in einem Arbeitsgang herzustellen und erst nach Fertigstellung
zu formieren, was mit den bisherigen obenerwähnten Methoden ebenfalls nicht möglich ist. Isolierschichten,
hergestellt auf Aluminium mittels Vernetzungsschichten aus Silikonöl, erreichten Durchschlagsfeldstärken
von 107 V/cm und spezifische Widerstände von
1016 Ohm/cm. Es ergibt sich hieraus die Verwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung
von Dielektrikumsschichten elektrischer Kondensatoren, insbesondere auch von Isolierschichten
bei der Herstellung von Mikrobauelementen u. dgl.. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung kann die
Figur dienen. In der Figur ist eine Isolierschicht, hergestellt nach dem Verfahren gemäß der Erfindung,
dargestellt. Es wurde hierzu auf eine Unterlage 1 eine Ventilmetallschicht 2 aufgedampft, die z. B. aus
Aluminium bestehen kann; hierauf wurde durch Vernetzen von Silikonöl eine ionenleitende Schicht 3 in
der Stärke zwischen 102 und 104A hergestellt und
hierauf eine zweite Ventilmetallschicht 4 aufgedampft. Durch anodische Oxydation wurden sodann zwischen
den Ventilmetallschichten 2 und 4 und der ionenleitenden Schicht 3 Oxydschichten 5 und 6 hergestellt,
wobei während der Formierung die Formierspannung ίο
langsam von kleinen Werten ausgehend erhöht wird. Das Verfahren erlaubt es, insbesondere eine größere
Zahl derartiger Kombinationen aus aufeinanderfolgenden sehr dünnen Ventilmetallschichten abwechselnd
mit supraleitenden oder anderen Metallschichtten und ionenleitenden Schichten in beliebiger Form
übereinanderzudampfen und nach Fertigstellung zu formieren. Insbesondere ist es möglich, auch auf
stabförmige, rotierende Unterlagen viele, sehr dünne Ventilmetallschichten und dazwischenliegende sehr
dünne ionenleitende Vernetzungs- oder Aufdampfschichten spiralförmig aufzubringen und nachträglich
zu formieren.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung sehr dünner elektrisch hochisolierender Schichten auf Unterlagen,
bei dem auf die Unterlage eine Schicht aus einem Ventilmetall, ζ. Β. Aluminium, aufgebracht wird
und diese mit einer dünnen sauerstoffhaltigen ionenleitenden Schicht überzogen wird, dadurch
gekennzeichnet,daß durch Stromfluß zwischen
einer auf der ionenleitenden Schicht aufgebrachten Stromzuführung und der Ventilmetallschicht
die Ventilmetallschicht durch die sauerstoffhaltigen Anionen der ionenleitenden Schicht anodisch
oxydiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die ionenleitende dünne
Schicht eine zweite Ventilmetallschicht aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zweiten Ventilmetallschicht
und der ionenleitenden dünnen Schicht durch anodische Oxydation eine Oxydschicht
gebildet wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die ionenleitende dünne Schicht durch Vernetzung von Silikonöl aus der Dampfphase gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vernetzung durch Beschüß
mit Elektronenstrahlen vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die ionenleitende dünne Schicht durch Aufdampfen von Siliziumoxyd gebildet wird.
7. Verwendung einer dünnen hochisolierenden Schicht, hergestellt nach dem Verfahren nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1, 4,5 und 6, als Gleichrichterelement.
8. Verwendung einer dünnen hochisolierenden Schicht, hergestellt nach dem Verfahren nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, als Isolierschicht für Mikrobauelemente.
9. Verwendung einer dünnen hochisolierenden Schicht, hergestellt nach dem Verfahren nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, als Dielektrikum eines elektrischen Kondensators.
10. Verwendung von mehreren übereinanderliegenden Schichtkombinationen nach Anspruch 8
für Mikrobauelemente.
11. Verwendung von mehreren übereinanderliegenden
Schichtkombinationen nach Anspruch 9 in ebener oder spiralförmiger Anordnung als Kondensator.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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1962
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 |