DE1915322B2

DE1915322B2 - Duennschichtkondensator

Info

Publication number: DE1915322B2
Application number: DE19691915322
Authority: DE
Inventors: Kiyotaka Suita; Hayakawa Shigeru Hirakata; Wasa (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1968-03-25
Filing date: 1969-03-24
Publication date: 1972-11-30
Also published as: NL146323B; US3579063A; DE1915322A1; FR2004645A1; GB1262319A; NL6904423A

Description

il.

Einwirkung auf den fertigen Dünnschichtkondensator, für die jedoch noch keine ausreichende Begründung gegeben werden kann. Eine Temperatur von"mehr als 300° C führt zu einer groben Struktur der Oberfläche des Basisbelags, die die Ursache für eine verminderte Kapazität des fertigen Dünnschichtkondensators sein kann.

Es wurde festgestellt, daß bei einem aus Titan hergestellten Basisbelag mit einer Titanoxidschicht der Kondensator eine größere Kapazität aufweist als mit einem aus Aluminium bestehenden Basisbelag, welches Metall bisher weitgehend verwendet wurde, wie aus der Tabelle 1 zu ersehen ist.

In der nachstehenden Tabelle 1 sind die Kapazitätswerte von zwei Arten von Dünnschichtkondensatoren angeführt, die auf die gleiche Weise hergestellt wurden mit der Ausnahme, daß für den Basisbelag verschiedene Materialien verwendet wurden. Bei beiden Kondensatoren wies die dielektrische Schicht eine Dicke von 1500 Ä auf und wurde aus einer zusammengesetzten Kathode aufgedampft, die aus 50 Atomprozenten Blei und aus 50 Atomprozenten Titan bestand. Das Aufdampfen wurde in sauerstoffhaltigem Argongas bei einem Druck von 2 · 10-' Torr durchgeführt.

weise im wesentlichen aus einem Gemisch von 8 bis 22 Gewichtsprozent Blei und 78 bis 92 Gewichtsprozent Titan, wie aus der nachstehenden Tabelle 3 zu ersehen ist.

Tabelle 3

Anteil des Bleis	Anteil des Titans	Kapazität in
in der Kathode in	in der Kathode in	Mikrofarad pro
Gewichtsprozent	Gewichtsprozent	cm^s
0	100	0,5
5	95	0,6
8	92	0,8
10	90	1,0
20	80	0,8
22	78	0,6
30	70	0,3
50	50	0,25
100	0	0.25

Tabelle 1

Basisbelag: Titan mit einer Dicke von 3000 A. Gegenbelag: Gold mit einer Dicke von 2000 A. Dicke der dielektrischen Schicht: 1500 A. Dicke der Oxidschicht: ungefähr 50 A. Sauerstoffteildruck während des Aufdampfens: 2 ■ 10-¹ Torr.

Temperatur der Unterlage während des Niederschlagen-, der dielektrischen Sc.iicht: 200° C.

Die zusammengesetzte Kathode kann nach jedem 30 geeigneten Verfahren hergestellt werden. Nach einem zu bevorzugenden Verfahren wird ein Gemisch aus Blei- und Titanpulver mit einer Partikelgröße von 48 bis 145 μίτι unter einem D^ruck von 2100 bis 5250 kg pro cm² zusammengepreßt. 3ei Verwendung einer Aus der nachstehenden Tabelle 2 ist d;e Einwirkung 35 solcher, zusammengesetzten Kathode, die im wesentder Temperatur der Unterlage auf die Kapazität der liehen aus 8 bis 22 Gewichtsprozent Blei und 78 bis Dünnschichtkondensatoren zu ersehen, die ebenfalls 92 Gewichtsprozent Titan besteht, kann ein Dünnin der gleichen Weise hergestellt wurde. Aus der schichtkondensator hergestellt werden, dessen di-Tabelle2 ist ferner zu ersehen, daß die brauchbaren elektrische Schicht eine Blei-Titan-Phase mit einer Temperaturen 100 bis 300⁰C betragen, wobei Tempe- 4° großen Dielektrizitätskonstante aufweist.

Basisbelag Material	Gegenbelag Material	Kapazität pro cm² in Mikro farad
Aluminium Titan	Gold Gold	0,6 1,0

raturen von 150 bis 250⁰C zu bevorzugen sind.
Tabelle 2 Es wurde festgestellt, daß dem Dünnschichtkondensator eine bessere Isolierungsfähigkeit verliehen werden kann, wenn das Aufdampfen in einer oxydierenden, sauerstoffhaltigen Atmosphäre bei einem Tiefdruck

von 2 · IO-⁴ bis 2 · 10-³Torr durchgeführt wird. Bei einem Sauerstoff teildruck von weniger als 2 · 10~⁴ Torr weist der fertige Dünnschichtkondensator keine gute Isolierfähigkeit auf. Dasselbe gilt für Teildrücke oberhalb von 2· 10-³Torr.

Zur Erläuterung der Erfindung werden nachstehend noch zwei Beispiele für die Herstelling von Dünnschieiitkondensatoren angeführt.

Beispiel 1

Es wurde ein Dünnschichtkondensator hergestellt

Der Basisbelag bestand aus Titan mit einer Dicke unter Verwendung einer herkömmlichen Verdampfungseinrichtung und einer herkömmlichen Aufdampfungseinrichtung mit ebener Elektrode. Durch Aufdampfung im Vakuum bei einem restlichen Gasdruck'

Unterlage	Kapazität pro
Temperatur 'n	cm² in Mikro-
⁰C	fr.rad
70	0,2
100	0,4
150	0,9
200	1,0
250	0,95
300	0,4
330	0,1

voη 3000 Ä, während der Gegenbelag aus Gold mit einer Dicke von 2000 A bestand. Die Dicke de: dielektrischen Schicht betrug 1500 A.

Die zusammengesetzte Kathode in der Aufdamp- ⁶° von weniger aL 1 -10^⁶ Torr wurde auf cmc
fungseinrichüine besteht zu IO Gewichtsprozent aus unterlage mit einer Dicke von 0,7 mm ein Basisbelag

aus Titan mit einer Dicke von ungefähr 3000 A aufgetragen. Auf diesen Basisbelag wurde in einer aus einem Gemisch aus Argon und Sauerstoff bestehenden oxydierenden Atmosphäre durch Zerstäubung einer aus Blei und Titan bestehenden Kathode eine dielektrische Schicht aus einem Metalloxidgemisch von Bleioxid, Titanoxid und deren Zusammensetzungen mit einer

Blei und zu 90 Gewichtsprozent aus Titan. Die Oxidschicht wies eine Dicke von ungefähr 50 A auf. Das Aufdampfen wurde in Sauerstoff bei einem Druck von 2 · 10 ' Torr durchgeliihrt.

Die Kathode in der Aufdampfungseinrichtung, mit der die Dünnschichtkondensatoren mit der größten Kapazität hergestellt werden können, besteht Vorzugs-

Dicke von ungefähr 1500 A aufgebracht. Diese Kathode bestand aus 10 Gewichtsprozent Blei und 90 Gewichtsprozent Titan. Der Gesamtdruck des Gasgemisches betrug ungefähr 1 · 10~² Torr, während der Teildruck des Sauerstoff gases ungefähr 2-10 ⁴ Torr betrug. Während der Durchführung des Verfahrens wurde die Unterlage auf ungefähr 200⁰C erhitzt. Auf die dielektrische Schicht wurde bei einem restlichen Gasdruck von weniger als 1 · 10~^e Torr ein aus Gold bestehender Gegenbelag mit einer Dicke von ungefähr 2000 A aufgedampft. Die beiden Beläge wurden mit je einem Golddrahtleiter mit einer Dicke von 0,1 mm verbunden. Der fertige Dünnschichtkondensator wies eine Kapazität von ungefähr 1 μΡ/οπι³, einen Verlustfaktor von 10°/„ und weniger und eine Durchschlagsspannung von 7,5 Volt und höher auf.

Beispiel 2

Es wurde ein Dünnschichtkondensator hergestellt unter Verwendung einer herkömmlichen Vakuum-Verdampfungseinrichtung und einer Magnetronzerstäubungseinrichtung. In dieser Einrichtung wurde in einem Magnetfeld mit einer Stärke von 3000 Gauß und in reinem Argon bei einem Druck von 1 · 10"⁴Torr von einer Titankathode aus auf eine Glasunterlage mit einer Dicke von 0,7 mm ein Basisbelag mit einer Dicke von ungefähr 3000 A aufgetragen, die aus Titan bestand. Auf diesen Basisbelag wurde aus einer aus blei und Titan bestehenden zusammengesetzten Kathode in einer oxydierenden Atmosphäre aus Argon und Sauerstoff unter Verwendung einer Magnetroneinrichtung in einem Magnetfeld mit einer Stärke von 7000 Gauß eine dielektrische Schicht mit einer Dicke von ungefähr 1500 A aufgebracht. Die zusammengesetzte Kathode bestand aus 10 Gewichtsprozent Blei und 90 Gewichtsprozent Titan. Der Gesamtdruck des Gasgemisches betrug ungefähr 6 · 1O^-4 Torr, während der Teildruck des Sauerstoffgases ungefähr 2 · 10"⁴ Torr betrug. Während des Zerstäubens wurde die Unterlage auf ungefähr 200⁰C erhitzt. Durch Niederschlagen im Vakuum bei einem restlichen Gasdruck von weniger als 1 · 10~^e Torr wurde auf der dielektrischen Schicht ein Gegenbelag in Form eines Goldbelages mit einer Dicke von ungefähr 2000 A erso zeugt. Mit den beiden Belägen wurde je ein Golddraht mit einem Durchmesser von 0,1 mm verbunden. Der fertige Dünnschichtkondensator wies eine Kapazitäl von ungefähr 1 μΡ/cm², einen Verlustfaktor von 1 °/, und weniger und eine Durchschlagsspannung vor 15 Volt und höher auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

iM ] 2 und dem Gegenbelag eine weitere dielektrische Schicht Patentansprüche: liegt, die im wesentlichen aus einem Gemisch von Bleioxid, Titanoxid und deren Zusammensetzungen

1. Dünnschichtkondensator, bestehend aus einem besteht. Ein derart gekennzeichneter Dünnschicht-Basisbelag aus Titan, der auf einer Unterlage aus- 5 kondensator hat eine hohe Kapazität, einen niedrigen gebildet ist, einer dielektrischen Schicht aus Titan- Verlustfaktor und eine hohe Durchbruchsspannung, oxid und einem Gegenbelag, dadurch ge- Eine Weiterentwicklung der Erfindung liegt ir; einem kennzeichnet, daß zwischen der Schicht Verfahren zur Herstellung des oben angegebenen aus Titanoxid und dem Gegenbelag eine weitere Dünnschichtkondensators, welches dadurch gekenndielektrische Schicht liegt, die im wesentlichen aus io zeichnet ist, daß das gemischte Metalloxid durch einem Gemisch von Bleioxid, Titanoxid und deren Kathodenzerstäubung in oxydierender Atmosphäre Zusammensetzungen besteht. aogeschieden wird, wobei die Kathode aus einem Ge-

2. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht- misch von 8 bis 22 Gewichtsprozent Blei und 78 bis kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 92 Gewichtsprozent Titan besteht, der Sauerstoffteilzeichnet, daß das gemischte Metalloxid durch 15 druck 2 · 10~⁴ bis 2 · 10~³ Torr beträgt und die Tem-Kathodenzer^täubung in oxydierender Atmosphäre peratur der zu beschichtenden Unterlage zwischen abgeschieden wird, wobei die Kathode aus einem 100 und 300⁰C liegt, und daß die aus Titanoxid beGemisch von 8 bis 22 Gewichtsprozent Blei und stehende dielektrische Schicht durch Oxydation des 78 bis 92 Gewichtsprozent Titan besteht, der Basisbelags an der dem gemischten Metalloxid zuge-Sauerstoffteildruck 2 · 10~⁴ bis 2-10"³Torr be- 20 wandten Fläche während der Kathodenzerstäubung trägt und die Temperatur der zu beschichtenden hergestellt wird.

Unterlage zwischen 100 und 300° C liegt, und daß Nach diesem Verfahren kann ein Dünnschicht-

die aus Titanoxid bestehende dielektrische Schicht kondensator mit den oben angegebenen Merkmalen

durch Oxydation des Basisbelags an der dem ge- und Vorteilen sehr einfach und leicht hergestellt wer-

mischten Metalloxid zugewandten Fläche während 25 den.

der Kathodenzerstäubung hergestellt wird. Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Der in der Figur dargestellte Dünnschiclickondensator 10 nach der Erfin-

dung weist eine dielektrische Schicht 4 auf, die zwischen

30 einem Gegenbelag 5 und einem Basisbelag 2 aus Titan auf einer Unterlage 1 angeordnet ist. Der Basisbelag 2

Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtkondei:sa- aus Titan ist an der der dielektrischen Schicht 4 zulor, bestehend aus einem Basisbelag aus Titan, der auf gewandten Seite mit einer Oxidschicht 3 versehen. Die einer Unterlage ausgebildet ist, einer dielektrischen dielektrische Schicht 4 besteht im wesentlichen aus Schicht aus Titanoxid und einem Gegenbelag. 35 Bleioxid, Titanoxid oder deren Zusammensetzungen. Es sind verschiedene Kondensatoren bekannt, die Mit den beiden Belägen 5 und 2 sind zwei Leiter-Verschiedene dielektrische Materialien verwenden. Die drähte 6 verbunden.

deutsche Auslegeschrift 1 149 113 offenbart einen Der Titan-Basisbelag 2 weist eine Dicke von 2000

elektrischen Kondensator mit anodischen dielektri- bis 5000 A auf, während die dielektrische Schicht 4

sehen Filmen, die auf einer Basiselektrode (Tantal, 4° eine Dicke von 1000 bis 5000 A aufweist. Der Gegen-

Aluminium, Titan und Niobium) ausgebildet sind. Die belag 5 kann aus jedem herkömmlichen leitenden

französische Patentschrift 812 180 offenbart, daß es Metall, z. B. aus Gold hergestellt werden und weist

vorteilhaft ist, Bleioxid zu Titanoxiddielektrika hinzu- eine Dicke von 1000 bis 3000 A auf. Die Unterlage 1

zufügen. kann aus einem geeigneten plättchenförmigen Material

Bei diesem Stand der Technik ist es nachteilig, daß 45 hergestellt werden, z. B. aus Aluminiumoxid, Glas oder

die Kapazität des erhaltenen Kondensators nicht aus einem anderen Material, das eine glatte Oberfläche

größer a!s 0,3 μΡ/οτη- gemacht werden kann und der aufweist.

Kondensator einen großen Raum einnimmt. Die Der in der F i g. 1 dargestellte Dünnschichtjungste Entwicklung in der elektronischen Industrie kondensator 10 nach der Erfindung kann in der Weise erfordert jedoch höhere Kapazitätswerte je cm^a für die 5° hergestellt werden, daß zuerst auf die Unterlage 1 Verwendung bei einigen elektronischen Mikroschal- eine dünne Titanmetallsrhicht aufgebracht wird, die tungen, wie z.B. Tonverstärkern. Solche höheren als Basisbelag 2 dient. Hiernach wird auf den dünnen Werte können auf verschiedenen Wegen erreicht wer- Titanmetallfilm 2 eine im wesentlichen aus Bleioxid, den. Zum Beispiel besteht ein Verfahren darin, die Titanoxid oder deren Zusammensetzungen bestehende Dicke des dielektrischen Materials zu verringern, das 55 dielektrische Schicht 4 von einer zusPTimengesetzten aus einem Basisbelag aus Titan auf einer Unterlage, Kathode aus aufgestäubt, die im wesentlichen aus Blei einer dielektrischen Schicht aus Titanoxid und einem und Titan besteht, welches Aufstäuben in einer oxydie-Gegenbelag besteht. Dabei ist es jedoch nachteilig, daß renden Atmosphäre erfolgt. Hierbei wird bewirkt, daß ein solches sehr dünnes dielektrisches Material eine der Titanmetallfilm 2 an der der dielektrischen niedrige Ditrchbruclisspannung und einen hohen Ver- 60 Schicht 4 zugewandten Seite oxydiert wird, wobei eine lustfaktor aufweist. Titanoxidschicht 3 erzeugt wird. Danach wird auf die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffungeines Dünn- Schicht 4 ein weiterer dünner Metallfilm aufgetragen, Schichtkondensators mit einer hohen Kapazität, einem der als Gegenbelag 5 O'ent. Die Metallfilme dei geniedrigen Verlustfaktor und einer hohen Durchbruchs- nannten beiden Beläge können z. B. durch herkömmspann π ng, der nur einen kleinen Raum einnimmt. 65 liches Niederschlagen im Vakuum erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Bei der Durchführung dieses Verfahrens wird die

DünnschiclUkondcnsator gelöst, der dadurch gekenn- Unterlage vorzugsweise auf einer Temperatur von 100

Z'.-.chnet ist, daß zwischen der Schicht aus Titanoxid bis 300°C gehalten. Diese Temperatur hat eine große