DE1614715C - Verfahren zum Herstellen von elektn sehen Kondensatoren mit einer Oxydschicht als Dielektrikum und einer Halbleiter schicht als Gegenelektrode - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von elektn sehen Kondensatoren mit einer Oxydschicht als Dielektrikum und einer Halbleiter schicht als Gegenelektrode

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DE1614715C
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Ingbert Dr rer nat 8501 Fischbach Feilhauer geb Wiese Ingrid 8522 Herzogenaurach Haselmann
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Alcatel Lucent Deutschland AG
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Standard Elektrik Lorenz AG
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Kondensatoren, bei denen auf einer Elektrode aus Ventilmetall eine dielektrische Oxydschicht angeordnet ist, die von einer Oxydhalbleiterschicht als Gegenelektrode bedeckt ist. Auf der Halbleiterschicht ist meist noch eine Metallschicht als Zuleitung angeordnet. Solche Kondensatoren werden auch als Kondensatoren mit festem Elektrolyten bezeichnet.
Als Ventilmetall für die Elektrode kommt in der Hauptsache Aluminium und Tantal in Frage, obwohl auch andere Ventilmetalle wie Niob, Zirkon, Hafnium mit Vorteil verwendet werden können.
Die Elektrode kann die Form eines gestreckten oder gewickelten Drahtes, einer ebenen oder aufgewickelten Folie oder eines porösen Sinterkörpers haben. Letzterer bietet infolge seiner hohen Kapazität pro Volumen besondere Vorteile.
Auf der Elektrode wird durch anodische .Oxydation oder Formierung eine dielektrische Oxydschicht erzeugt. Anschließend wird auf der Oxydschicht eine Halbleiterschicht hergestellt. Diese kann beispielsweise aus Mangandioxyd bestehen. Es können aber auch andere Oxydhalbleiter wie z. B. Blcidioxyd verwendet werden.
Die Halbleiterschicht wird meist durch thermische Zersetzung einer entsprechenden chemischen Verbindung erhalten. Zur Herstellung einer Schicht aus Mangandioxyd wird die formierte Elektrode beispielsweise in eine wäßrige Lösung von Mangannitrat getaucht und durch eine anschließende Erhitzung das Mangannitrat zu Mangandioxyd zersetzt. Es können aber auch andere Salze verwendet werden, wie z. B. Azetate, Oxalate oder Formiate, die bei der thermischen Zersetzung einen geeigneten Oxydhalbleiter ergeben.
Es hat sich bei der Herstellung von solchen Kondensatoren gezeigt, daß durch die Herstellung der Halbleiterschicht die elektrischen Eigenschaften der Oxydschicht wesentlich verschlechtert werden, so daß der Kondensator noch nicht brauchbar ist. Man kann die Oxydschicht dadurch wieder in einen brauchbaren Zustand bringen, daß anschließend an die Herstellung der Halbleiterschicht noch eine elektrische Formierung, die sogenannte Nachformierung, durchgeführt wird.
Die Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften der Oxydschicht tritt in besonders starkem Maße bei Kondensatoren mit Elektroden aus Aluminium auf.
Man hat versucht, die nachteiligen Einflüsse auf die Oxydschicht bei der Herstellung der Halbleiterschicht dadurch zu vermeiden, daß man nach Aufbringen der Salzlösung eine Trocknung im Vakuum durchgeführt hat, bevor das Salz zur Bildung des Halbleiters thermisch zersetzt wurde (deutsche Auslegeschrift 1 142 968). Es war aber immer noch eine sehr lange Nachformierung erforderlich. Die lange Nachformierzeit wirkt sich auch besonders dadurch nachteilig aus, daß die Bildung der Halbleiterschicht und die Nachformierung meist noch mehrmals wiederholt werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung von solchen Kondensatoren die Nachformierzeit zu verkürzen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Halbleiterschicht nach ihrer Herstellung einem alkalischen Medium ausgesetzt wird. Die anschließende Nachformierung kann dadurch wesentlich abgekürzt werden.
Als alkalisches Medium, das in Gas- oder Dampfform oder auch in wäßriger Lösung zur Einwirkung gebracht werden kann, wird vorzugsweise Ammoniak verwendet. Es können aber auch organische Amine wie Pyridin oder Triäthylamin verwendet werden, wenn sie die Halbleiterschicht nicht nachteilig beeinflussen.
ίο Aus der deutschen Auslegeschrift 1 112 583 ist zwar ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschicht aus Mangandioxyd bekanntgeworden, bei dem Ammoniak auf ein Mangan(II)-Salz einwirkt und anschließend das entstandene Manganhydroxyd oder Oxydhydrat in Sauerstoff zu Mangandioxyd oxydiert wird. Dieses bekannte Verfahren hat aber nichts mit dem Verfahren gemäß der Erfindung zu tun, bei dem die Einwirkung des Ammoniak erst nach der Herstellung der Halbleiterschicht erfolgt.
Bei dem bekannten Verfahren wird daher auch die Nachformierzeit nicht verkürzt.
Die Erfindung soil nun an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Zur Herstellung eines Kondensators wird ein poröser Sinterkörper aus Aluminium verwendet, auf dem in bekannter Weise durch Formieren eine dielektrische Oxydschicht erzeugt wird. Die Halbleilerschicht aus Mangandioxyd wird in der Weise aufgebracht, daß der formierte Sinterkörper in eine wäßrige Lösung aus Mangannitrit getaucht und diese durch Erhitzen des benetzten Sinterkörpers bei etwa 250 bis 400° C zu Mangandioxyd zersetzt wird. Anschließend wird die Nachformierung durchgeführt, die mindestens 5 Stunden dauert.
Gemäß der Erfindung wird nach der Herstellung der Mangandioxydschicht eine Behandlung in einem alkalischen Medium vorgenommen. Diese besteht im vorliegenden Fall darin, daß der mit der Halbleiterschicht aus Mangandioxyd versehene Sinterkörper in ein geschlossenes Gefäß gebracht wird, in dem außerdem ein Gefäß mit im Verhältnis 1: 1 verdünnter Ammoniaklösung vorhanden ist. Die Einwirkung findet bei Zimmertemperatur statt und dauert etwa 30 Minuten, mindestens jedoch 15 Minuten. Der Sinterkörper befindet sich in einer Atmosphäre mit einem Gehalt an Ammoniak. Das Mangandioxyd nimmt durch die Ammoniakeinwirkung eine bläuliche Farbe an, die jedoch bei der anschließenden Nachformierung wieder verschwindet.
Für die Nachformierung sind nur noch weniger als 2 Stunden erforderlich, und der Formierstrom kann viel schneller erhöht werden als ohne Ammoniakbehandlung. Außerdem werden durch die Behandlung gemäß der Erfindung der Kapazitätswert und der Verlustfaktor stabilisiert.
In der Regel werden die Erzeugung der Mangandioxydschicht, die Ammoniakbehandlung und die Nachformierung in der gleichen Reihenfolge noch mehrmals wiederholt. Dadurch ergibt sich eine noch größere Zeitersparnis bei Verkürzung der Nachformierzeit.
Die Einwirkung des alkalischen Mediums kann jedoch auch in wäßriger Lösung erfolgen und ergibi auch bei der Herstellung von Kondensatoren mit
G5 anderen Ventilmetallen, wie z. B. Tantal und anderen Halbleiterschichten, die durch thermische Zersetzung entsprechender Salze hergestellt werden, eine Verkürzun« der Nachformierzeit.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kondensators, bei dem auf einer Elektrode aus Ventilmetall durch Formieren eine dielektrische Oxydschicht und auf dieser durch thermische Zersetzung einer entsprechenden chemischen Verbindung eine Oxydhalbleiterschicht erzeugt wird und anschließend eine Nachformierung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Erzeugung der Halbleiterschicht und vor der Nachformierung die Halbleiterschicht einem alkalischen Medium ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das alkalische Medium in Gasoder Dampfform angewendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das alkalische Medium in wäßriger Lösung angewendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch , gekennzeichnet, daß die Behandlung mit dem alkaiischen Medium etwa 30 Minuten lang ausgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß als alkalisches Medium Ammoniak verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als alkalisches Medium organische Amine verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Oxydschicht und Halbleiterschicht versehene Elektrode in einem geschlossenen Raum gelagert wird, dessen Atmosphäre mit im Verhältnis 1:1 verdünnter Ammoniaklösung in Verbindung steht.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte thermische Zersetzung, Behandlung mit einem alkalischen Medium und Nachformierung in dieser Reihenfolge mehrmals nacheinander durchgeführt werden.
9. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8 zur Herstellung von elektrischen Kondensatoren mit einer Elektrode aus Aluminium und einer Halbleiterschicht aus Mangandioxyd, die durch thermische Zersetzung von Mangannitrat erhalten wird.

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