DE1925921B2 - Verfahren zur herstellung von widerstandselementen fuer hochohmige elektrische schichtwiderstaende - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Widerstandselementen für hochohmige elektrische Schichtwiderstände, bei denen auf einen plattenförmigen Trägerkörper eine Metallschicht und darüber eine Siliziummonoxidschicht aufgedampft wird.

Es ist bereits ein Verfahren zum Herstellen von Schichtwiderständen bekannt wobei die Widerstandsschicht aus Tantal besteht, die auf den Träger aufgestäubt wird und diese Schicht dann mit Sauerstoff behandelt wird, so daß dünne Oxidschichten auf dem Träger entstehen. Durch die Oxydation der Tantalschicht kann der Widerstandswert des effektiven Flächenwiderstandes erhöht werden. Um die Schicht oder die Schichten zu stabilisieren, werden sie vorbereitend einer Temperung in Luft unterzogen. Es können hierbei mehrere Metallschichten (Tantalschichten) auf den Träger aufgestäubt werden und jede derartige Schicht wird mit Sauerstoff behandelt, um eine Oxidbildung zu bewirken. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch verhältnismäßig umständlich und obwohl diese Hochwiderstandsschichten überaus niedrige Temperaturkoeffizienten aufweisen, so steigt bei ihnen die Widerstandskraft mit dem Alter der Schichten, was offenbar darauf zurückzuführen ist, daß die bisherigen Maßnahmen zur Stabilisierung der Schichten nicht ausreichten, um der fortschreitenden Oxydation entgegenzuwirken, wobei noch hinzu kommt, daß aus dem Träger stammende Verunreinigungen sich an der Träger-Metall-Grenzschicht anreichern und ebenfalls den Widerstandswert verändern. (Literaturstelle IRE Wescon Convention Record, 1959, Teil 6, Seite 87—91.)

Bekannt ist auch ein Herstellungsverfahren für hochohmige Widerstände insbesondere für stetig veränderbare hochohmige Widerstände in Drehpotentiometern u. dgl. Hierbei wird zunächst auf den Träger, der aus einem Polyplast besteht, eine sehr dünne Schicht eines organischen, beständigen dielektrischen Stoffes, beispielsweise Siliziummonoxid im Vakuum aufgedampft und dann auf diese Schicht, ebenfalls im Vakuum, eine leitende Metall- oder Halbleiterschicht aufgedampft Bei einem auf diese Weise hergestellten hochohmigen Widerstand ändert sich jedoch der Widerstandswert ebenfalls mit fortschreitender Alterung der Schichten. Darüberhinaus wird der auf diese Weise hergestellte hochohmige Widerstand hier keiner Temperung unterzogen, der Temperaturkoeffizient ist daher relativ groß und die einzelnen Schichten sind einer fortschreitenden Oxydation ausgesetzt (deutsche Patentschrift 878 236).

Gemäß einem weiteren bekannten Verfahren wird zur Herstellung von hochohmigen Widerstandsschichten Kohlenstoff und Bor durch thermische Zersetzung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen auf

den Träger aufgebracht. Der Träger besteht aus Keramik, Speckstein, Porzellan od. dgl. Der Träger wird von der Bekohlung mit Bor oder borhaltigen Stoffen vorbehandelt, und zwar derart, daß eine Schicht elementares Bor auf der Trägerunterlage aufgebracht wird, wobei keine Reaktion des Bors mit der Trägerunterlage erfolgt. Auf diese Borschicht wird dann der Kohlenstoff in einem thermischen Zersetzungsverfahren niedergeschlagen.

Durch die Diffusion der vorhandenen Borschicht in die nachher angebrachte Kohlenstoffschicht ergibt sich eine homogene dunkelbraun gefärbte Schicht, die sehr fest auf der Trägerunterlage haftet und die Erzielung sehr hoher Widerstandswerte bei verhältnismäßig starker Widerstandsschicht zu erzielen gestattet. Eine äußere Schutzschicht fehlt dort jedoch (deutsche Patentschrift 1 045 521).

Man hat auch zur Herstellung von elektrischen Widerständen bereits vorgeschlagen, Metall oder Me-

tallegierungen in Form von Schichten auf den Widerstandsträger aufzudampfen. Gemäß einem weiteren bekannten Verfahren werden Widerstände höherer Widerstandswerte dadurch erzielt, daß in einem evakuierten Gefäß Oxide von elektrisch isolierenden Elementen und Metalle bzw. Metallegierungen unter Zufuhr von Sauerstoff auf erhitzte Widerstandsträger gleichzeitig aufgedampft werden. Dabei kann auf dem Träger, der aus Glas bestehen kann, zunächst eine Nickel-Chrom-Legierung in einer nicht oxydierenden Atmosphäre aufgedampft werden und dann auf diese aufgedampfte Schicht Siliziummonoxid als Schutzschicht aufgedampft werden, wobei sich jedoch ebenfalls die aus der Glasunterlage stammenden Verunreinigungen an der Glas-Metall-Grenzschicht anreichern können und ebenfalls den Widerstandswert verändert können (deutsche Auslegeschrift 1200 421).

Bei der Entwicklung von Metalloxidschichtwiderständen erwies sich die elektrische Stabilitäi als ein besonders schwieriges Problem. Es wurde festgestellt, daß sowohl wandernde Alkalimetallionen im Trägerkörper als auch der direkte Kontakt des leitenden Schichtelementes mit der Umgebungsatmosphäre als Hauptfaktoren für die elektrische In-Stabilität angesehen werden. Man ist daher dazu übergegangen, alkalifreie Trägerkörper zu verwenden und äußere Schutzüberzüge für die elektrisch leitenden Metalloxidwiderstände der vorliegenden Art vorzusehen, wobei letztere aus hochohmigen Metalloxidschichten bestehen können, z. B. aus Zinn- und Antimonoxid.

Durch diese Maßnahme vermochte man jedoch nicht, aus diesen Widerständen Präzisionswiderstände zu machen.

Es hat sich außerdem herausgestellt, daß ein keramisches Material, selbst wenn es frei von wandernden Alkalimetallionen ist, keine vollständig geeignete und zufriedenstellende Trägeroberfläche liefert, auf der man unmittelbar die Metalloxidschicht für einen Widerstand niederschlagen kann. Das Einsetzen einer Zwischenschicht, einschließlich von Oxidschichten, zwischen eine geeignete Widerstandsschicht und einen Glasträgerkörper ist ebenfalls bekannt. Man hat auch Oxidschichten verwendet, um die Haftung einer Metallschicht auf einem Glasträger zu begünstigen.

Ein ebenfalls bekannter elektrischer Schichtwiderstand besteht aus einem keramischen Trägerkörper und mindestens zwei übereinander auf diesen angeordneten Metalloxidschichten, von denen die eine die eigentliche Widerstandsschicht bildet und die zweite aus Zinn- und Antimonoxid besteht. Zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften wird bei diesem elektrischen Schichtwiderstand die zweite, jedoch gegenüber der eigentlichen Widerstandsschicht sehr hochohmige Schicht zwischen dem Trägerkörper und der eigentlichen Widerstandsschicht mit den Stromschlußklemmen aufgebracht. Die zweite Schicht ist gegenüber der eigentlichen Widerstandsschicht sehr hochohmig und normalerweise so groß, daß weniger als 1 % der Querströme in einem Widerstand in der zweiten Schicht auftreten. In einigen Fällen kann es sich jedoch um einen größeren Bruchteil, beispielsweise wenige Prozent des gesamten Stromes der zweiten Schicht handeln. Diese Maßnahme kann einen gut ausgeglichenen Temperaturkoeffizienten liefern, wenn die eigentliche Widerstandsschicht einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, und nicht in anderer Weise ausgeglichen ist. Jedoch wird gewöhnlich die Stabilität im umgekehrtem Sinn beeinträchtigt, und man wendet diese Maßnahme nur dort und nur bis zu dem Ausmaß an, in dem dieser Einfluß toleriert werden kann (deutsche Auslegeschrift 1204 733).

Schließlich ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines Schichtwiderstandes bekannt, wonach auf einen Trägerkörper zunächst eine Tantalschicht aufgebracht wird, und zwar zwischen zwei direkt auf den Trägerkörper aufgesetzte und sich gegenüberliegende Stromanschlußkontakte. Die äußere Fläche der Tantalschicht wird dann mit einem Elektrolyten in Berührung gebracht, in den eine Kathode aus Tantal oder aus Platin eintaucht Zwischen die Stromanschlußkontakte und die in den Elektrolyten eintauchende Kathode wird dann eine Spannung angelegt, so daß sich auf der Oberfläche der Tantalschicht ein anodischer Überzug niederschlagen kann. Je nach Dauer der Behandlung kann dann ein gewünschter Widerstandswert erreicht werden (französische Patentschrift 1 307 431).

Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs definierte Verfahren hinsichtlich eines niedrigeren Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandswertes bei relativ hohem Flächenwiderstand der damit herzustellenden Widerstandselemente zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst auf den isolierenden Trägerkörper eine als isolierende Trennschicht dienende Siliziummonoxidschicht aufgedampft wird, auf diese Siliziummonoxidschicht zwei gegenüberliegende Stromanschlußkontakte und dann eine diese Kontakte teilweise überbrückend verbindende diffusionsreaktionsfähige Metallschicht mit maximal solcher Schichtdicke aufgedampft wird, daß sich die in der später erfolgenden Temperung an den Grenzschichten der Metallschicht bewirkte Diffusion auf den Wert des Flächenwiderstandes noch merklich auswirken kann, und daß auf diese Metallschicht dann eine äußere Siliziummonoxidschicht aufgedampft wird, und daß dieses so erhaltene Widerstandselement dann derart einer Temperung unterworfen wird, daß dadurch zwischen der Metallschicht und den Siliziummonoxidschichten eine Reaktion ausgelöst wird, deren Tiefe einem wesentlichen Teil der Dicke der Metallschicht entspricht.

Ein nach diesem vergleichsweise einfachen Verfahren hergestellter Schichtwiderstand weist dann einen äußerst niedrigen Ternper-turkoeffizienten des elektrischen Widerstandswertes auf, und zwar bei relativ hohem Flächen widerstand.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des zuvor definierten Verfahrens besteht auch darin, daß auf die untere Siliziummonoxidschicht eine aus Chrom bestehende Metallschicht aufgedampft und dieser Vorgang beendet wird, bevor der Flächenwiderstand der Metallschicht unter 100 000 Ohm absinkt.

Hervorragende Ergebnisse lassen sich auch dann erzielen, wenn man auf die untere Siliziummonoxidschicht eine aus Nickel bestehende Metallschicht aufdampft und diesen Vorgang beendet, bevor der Flächenwiderstand der Metallschicht unter 60000hm absinkt.

Zweckmäßig wird dabei die untere Siliziummonoxidschicht in einer Dicke von etwa 2500 Angstrom

und die obere Siliziummonoxidschicht in einer Dicke von etwa 10 000 Angström aufgetragen.

Im einzelnen kann die Erfindung dadurch eine vorteilhafte Weiterbildung erfahren, daß die jeweilige Behandlungstemperatur je nach den Widerstandswerten der Metallschicht, die diese vor der Temperung hat und nach der Temperung haben soll, eingestellt wird.

Der einschneidende Unterschied zwischen dem Verfahren nach der Erfindung und den bekannten Verfahren zur Herstellung von Metallschichtwiderständen wird dann deutlich, wenn man den Schichtwiderstandswert, der gemäß dem bekannten Verfahren erreicht wird, mit dem Schichtwiderstandswert vergleicht, der nach der vorliegenden Erfindung erzieit wird. Bei dea nach bekannten Verfahren hergestellten Schichtwiderständen liegt der Schichtwiderstand in der Größenordnung von einem Ohm, während der Schichtwiderstandswert, der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt wird, beispielsweise bei Verwendung von Nickel in der Größenordnung von 6000 Ohm und bei Verwendung von Chrom in der Größenordnung von IOC 000 Ohm liegt.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schichtwiderstand,

F i g. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Widerstandswerte in Abhängigkeit von verschiedenen Wärmebehandlungszeiten und -temperaturen,

F i g. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen dem höchstmöglichen Widerstandswert nach der Temperung und dem Widerstandswert vor der Temperung.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, wird auf eine in üblicher Weise vorbehandelte Glasplatte 10 in einem Vakuum zunächst eine Siliziummonoxidschicht 11 einer Dicke von 2600 Angström aufgebracht. Auf diese Schicht 11 werden zwei dünne Chrom/Gold-Stromkontakte 12 A und 12 B zusammen mit einer diese verbindenden Nickelschicht 14 durch die öffnung einer Abdeckplatte aufgedampft. Obwohl bei diesem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel eine Nickelschicht aufgetragen wird, kommt hierfür auch eine Chromschicht in Betracht. Mit welchen Verfahrensabweichungen und Ergebnissen bei deren Anwendung für die erfindungsgemäßen Schichtwiderstände zu rechnen ist, wird weiter unten noch dargelegt werden. Während der Aufdampfung der Nickelschicht wird der Widerstand eines bestimmten Schichtsegments überwacht, und die Beschichtung wird beendet, sobald der Flächenwiderstand, der ja mit zunehmender Dicke der Nickelschicht abnimmt, auf wenig über 6000 Ohm gesunken ist. Es hat sich als praktisch und durchführbar erwiesen, die Nickelaufdampfung zu beenden, wenn der Flächenwiderstand einen Wert zwischen 100 000 und 6000 Ohm angenommen hat Unmittelbar danach wird durch die gleiche Abdeckblende ein Siliziummonoxid-Überzug einer Stärke von 10 000 Angström auf die Nickelschicht aufgebracht. Die erhaltenen Widerslände werden dann mindestens 30 Minuten lang auf eine Temperatur zwischen 260 und 400° C, die sich nach dem jeweils gewünschten Widerstandswert richtet, erwärmt. Hierauf werden sie mindestens 24 Stunden hindurch in Luft einer Temperatur von 260° C ausgesetzt und auf diese Weise stabilisiert, indem hierdurch ein Gleichgewichtszustand an den Nickelgrenzen geschaffen wird. Es ist festgestellt worden, daß die gebildeten Schichten unterhalb der Wärmebehandlungstemperatur sehr stabile Widerstandswerte aufweisen.

F i g. 2 zeigt, daß der Widerstandswert einer Schicht während seiner Wärmebehandlung ansteigt und schließlich bei einer bestimmten Temperatur ίο konstant bleibt. Es ist zu ersehen, daß der Widerstandswert von dem Widerstandswert vor der Wärmebehandlung, der Behandhingstemperatur und der Behandlungszeit vor Erreichen des Gleichgewichtszustandes abhängt.

Die Isothermkurven B₁, B₂ und B₃ beziehen sich auf die verschiedenen Behandlungstemperaruren T₁, T₂ und T₃ und veranschaulichen die Beziehungen zwischen den Behandlungstemperaturen und -zeiten. Die Kurven B₁, B₂ und B₃ gehen von einer Widerstandsschicht aus, welche vor der Wärmebehandlung einen Flächenwiderstandswert R₁ aufweist, und insbesondere aus der Kurve B₁ ist zu ersehen, daß durch die Wärmebehandlung dieser Schicht bei einer Temperatur von T₁ in der Zeit t₂ sein Flächenwiderstand auf den Wert R₂ ansteigt. Wenn diese Schicht in der vorbeschriebenen Weise stabilisiert wird, so bleibt sie temperaturbeständig bei jeder Temperatur unterhalb T₁, also unterhalb derjenigen Temperatur, bei welcher der Flächenwiderstand R₂ erhalten wurde. Wird je-

doch die Schicht nach ihrer Stabilisierung hinreichend lange bei einer Temperatur oberhalb T₁ erwärmt, so ändert sich ihr Flächenwiderstand. Wird sie beispielsweise bei einer Temperatur J₈ erwärmt, so nimmt ihr Flächenwiderstand zu.

Die Isothermkurven A₁ und A₂ beziehen sich auf die Behandlungstemperaturen T₁ bzw. T₂ und zeigen die Änderung der Widerstandswerte einer Schicht gleicher Beschaffenheit, wie sie den Kurven B₁, B₂ und B₃ zugrunde liegt, nur mit dem Unterschied, daß sein Anfangswiderstandswert R₃ vor der Wärmebehandlung kleiner ist als R₁.

Die Wärmebehandlung der Schicht bei einer entsprechenden Temperatur und Behandlungszeit kann in verschiedener Weise vorgenommen werden, z. B.

durch Strahlungsbeheizung, Hindurchleiten eines Heizstromes durch das Widerstandselement, mittels Laserstrahlen. Ultrakurzwellen oder auf induktivem Wege. Während der Wärmebehandlung kann ein Schichtabschnitt überwacht und mit einem geeichten Widerstandselement verglichen werden. Es kann die Temperatur entsprechend empirisch ermittelter Werte gesteigert werden, bis der angestrebte Widerstandswert erreicht ist, und dann eine entsprechende Zeit hindurch konstant gehalten werden. Ein anderes Verfahren zur Wärmebehandlung der Schicht besteht darin, diese als Arm einer Wechselstrommeßbrücke zu schalten und sie mit Gleichstrom entsprechend den empirisch ermittelten Werten zu erwärmen, bis die Brücke ausbalanciert ist und damit anzeigt, daß die Schicht den gewünschten Widerstandswert erhalten hat.

F i g. 3 veranschaulicht die Abhängigkeit des durch Temperung einer Nickelschicht erreichbaren maximalen Widerstandswertes von dem Widerstandswert der Schicht vor der Temperung. Aus diesem Diagramm ist auch zu ersehen, daß die prozentuale Zunahme des Widerstandswertes mit der Größe dieses Wertes vor der Temperung ansteigt. Die hierfür maßgebenden

Gründe werden später noch erörtert. Die Wichtigkeit der Maßnahme, beim Aufbringen einer Nickelschicht deren Widerstandswert nicht unter 6000 Ohm absinken zu lassen, ergibt sich daraus, daß bei Nickelschichten ein Ausgangswiderstandswert unter 6000 Ohm durch anschließende Wärmebehandlung sich nicht erhöhen läßt oder sogar noch abfällt, wohingegen bei Nickelschichten mit einem Anfangswert über 6000 Ohm während der Wärmebehandlung zunimmt, und zwar um so mehr, je höher der Anfangswert zu Beginn der Wärmebehandlung ist.

Weshalb durch die Erfindung elektrisch stabile Schichten mit außerordentlich hohem Widerstandswert erhalten werden, ergibt sich aus den folgenden Betrachtungen der Vorgänge bei der Bildung und Stabilisierung der Schichten. Maßgebend für die BiI-dung der Schichtwiderstände sind Oxydations- und strukturelle Umwandlungsvorgänge, wobei es sich bei den Oxydationsvorgängen um eine teilweise oder vollständige Oxydation oder Silizierang der Metallschicht ao handelt, die mit einer Änderung des spezifischen Widerstandes verbunden sind, während die strukturelle Umwandlung sowohl innere als auch äußere Gefügeänderungen umfaßt und ebenfalls den spezifischen Widerstand beeinflußt. Die Kombination die- as ser beiden Vorgänge bestimmt den zu erhaltenden Widerstandsendwert.

Die Oxydationsvorgange

Wird eine dünne Metallschicht auf ein Oxid aufgetragen, so ist mit einer gegenseitigen Beeinflussung dieser beiden Stoffe in ihren Grenzschichten zu rechnen. Durch Metalldiffusion in das Oxid und durch Silizium- oder Sauerstoffdiffusion in das Metall wird eine Zwischenschicht gebildet, deren spezifischer Widerstand von den hierbei entstehenden Reaktionsprodukten abhängt. Die Art und Tiefe der Reaktion in den Grenzschichten der verschiedenen Stoffe hängt von der Temperatur der Schichten und der Zeit ab, in der sie auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden. Eine erneute Temperaturerhöhung hat naturgemäß eine größere Diffusionstiefe und damit eine weitere Änderung des spezifischen Widerstandes zur Folge. Anders als bei sonstigen Diffusioiisvorgangcn entspricht hier die Diffusionstiefe einem großen Teil der Schichtdicke und sind die für die Diffusion zur Verfugung stehenden Metall- und Oxidmengen wegen der geringen Masse der Schicht begrenzt. Hieraus ergibt sich eine obere Temperaturgrenze, bei deren Überschreitung eine Diffusion von Komponenten in der angrenzenden Schicht und damit eine weitere Änderung des Widerstandswertes zufolge der Oxydation oder Vermischung der Komponenten nicht mehr erfolgt.

Durch den Siliziummonoxidüberzug auf der Metallschicht wird nicht nur eine weitere Diffusionsquelle geschaffen, sondern auch der Zutritt von Sauerstoff aus der Atmosphäre verhindert, diese Seite des Metails also geschützt. Die Siliziummonoxidschicht unter der Metallschicht verhindert den Zutritt von Alkaliionen oder anderen schädlichen Verunreinigungen aus dem Glas in das Metall. Die zwischen den beiden Siliziummonoxidschichten eingebettete Metallschicht ist also symmetrischen Diffusionsbedingungen ausgesetzt.

Je dicker die Metallschicht ist, desto geringer wirkt sich die auf die Grenzschichten des Metalls beschränkte Diffusion auf den Gesamtwiderstand der doppelseitig beschichteten Metallschicht aus. Bei sehr dicken Schichten beruhen Änderungen der Widerstandswerte lediglich auf Gefügeveränderungen auf Grund der Glühbehandlung des Metalls. Andererseits isl festzuhalten, daß Metalle, die mit ihren Unter- und Oberschichten keine oder nur vernachlässigbare Diffusionsreaktion»¹!! eingehen, auch durch Wärmebehandlung keine Änderung ihrer Widerstandswerte erfahren.

Die allgemeine chemische Umsetzung verläuft nach folgender Gleichung:

_si + _SiO + (2 χ + 1) Me = MeO + 2 Me_vSi,

worin Me das Metall und Si ein Überschußelement in der SiO-Schicht ist, z. B.

<- ₊ ,-q + (2 * + 1) Ni = NiO + 2 Ni Si

Haben die Reaktionsprodukte einen höheren spezifischen Widerstand als das betreffende Metall, so wird durch die Temperung der Widerstandswert naturgemäß erhöht. Entstehen dagegen Reaktionsprodukte mit höheren und zugleich andere Produkte mit geringerem spezifischen Widerstand im Vergleich mit demjenigen der ursprünglichen Metallschicht, so müssen die betreffenden Anteile der Reaktionsprodukte zuvor bestimmt werden, ehe die Temperung auf die Erlangung eines bestimmten Flächenwiderstandes abgestellt werden kann. Dies geschieht durch Bestim_{mung der Änderung m der fr}|_{ien Energie der einzel}. nen Reaktionsprodukte und der Reaktionstiefe. Hinsichtlich der im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels benutzten Nickelschicht und der diese umgebenden Siliziummonoxidschichten ist es bekannt, daß der spezifische Widerstand des Nickeloxides und des Nickelsilizides größer ist als derjenige des Nickels. Aus Analysen ist ebenso bekannt, daß bei den hier in Betracht kommenden Behandlungstemperaturen au* der Reaktion des Nickels mit Sauerstoff und SiIizium bzw. Siliziummonoxid, Nickeloxid und Nickelsilizid entstehen. Dies erklärt die charakteristische Erhöhung des Flächenwiderstandes einer gemäß der Erfindung behandelten Nickelschicht. Die Tatsache, daß die prozentuale Zunahme des Flächenwiderstandes durch Wärmebehandlung abhängig ist von dem Widerstandswert des Metalls zu Beginn der Wärmebehandlung ist folgendermaßen zu erklären:

Bekanntlich ist der Flächenwiderstand einer Schicht umgekehrt proportional der Schichtdicke, während die Tiefe, bis zu der eine Oxydation erfolgt, nicht von der Schichtdicke, sondern von den miteinander reagierenden Stoffen und der Reaktionstemperatur abhängt. Hingegen ist jedoch das Verhältnis zwischen der Oxydationstiefe und der Schichtdicke von letzterer abhängig, d. h. von dem Ausgangswert des Flächenwiderstandes für eine bestimmte Stoffkombination und den Reaktionstemperaturen. Ist der Ausgangswert des FTächenwiderstandes hoch, so handelt es sich um eine dünne Schicht, bei der die relative Oxydationstiefe und damit die Zunahme des FTachenwiderstandes ebenfalls hoch ist. Ist dagegen der Anfangswert des Flächenwiderstandes klein, so handelt es sich um eine verhältnismäßig dickere Schicht, bei der die relative Oxydationstiefe und damit die prozentuale Erhöhung des Flächenwkisrstandes ebenfalls gering ist. Metallschichten, die so dick sind, daß demgegenüber die Reaktionstiefe nicht ins Gewicht faiii, können keine nennenswerte Verbesserung ihrer Widerstandswerte erfahren, selbst dann nicht, wenn

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sie nach der Lehre vorliegender Erfindung behandelt werden. Die in F i g. 3 angedeutete untere Grenze des Ausgangswertes für den Flächenwiderstand, der durch Temperung erhöht werden kann, liegt für Nickel bei 6000 Ohm. Das Absinken des Flächenwiderstandes unter 6000 Ohm ist bei der Nickelschicht auf deren strukturelle Umwandlung oder auf die strukturelle Einebnung der Berührungsflächen zwischen der Metallschicht und den Siliziummonoxidschichten während der Temperung zurückzuführen, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird.

Ein weiteres Metall, das auf Grund seiner Affinität zu Sauerstoff und Silizium und seiner Fähigkeit, bei Erwärmung aus Siliziummonoxidüberzügen Sauerstoff aufzunehmen, Oxid- und Silizidfilme bildet, ist Chrom.

Die Behandlung von Schichten aus diesem Metall gemäß der Erfindung ergibt ebenfalls Schichtwiderständc mit über den vor der Wärmobehandlung liegenden Anfangswerten des Flächenwiderstandes, sofern auch dieser Anfangswert über der Grenze seiner ao Veränderungsmöglichkeit liegt. So kann bei einer Chromschicht durch Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der Flächenwiderstand nur dann erhöht werden, wenn dessen Anfangswert vor der Wärmebehandlung über etwa 100 000 Ohm liegt.

Strukturveränderungen

Metallschichten mit hohen elektrischen Widerstandswerten sind überaus dünn. Ihre Stärke beträgt etwa das Zehn- bis Hundertfache der monomolekularen Dicke. Wegen dieser geringen Dicke der Schicht und des verhältnismäßig langen mittleren Elektronenweges, der gelegentlich mehrere hundert Atomlagen betragen kann, hat die Elektronenstreuung aus der Oberfläche einer dünnen Schicht einen großen Einfluß auf den Widerstand. Bei diesen kleinen Schichtdicken spielt die örtliche Anhäufung von Atomen eine besondere Rolle, weil sie mit einer ungleichmäßigen Ausbildung der Schicht verbunden ist. Beim Aufdampfen der Schicht auf eine Unterlage erstarrt sie sofort nach der schnellen Kondensation und erhält hierbei eine körnige Flächenstruktur, die durch nachfolgende Erwärmung auf Temperaturen oberhalb der Kondensationstemperatur homogenisiert wird. Diese flächenglättende Homogenisierung der Schicht hai eine Verminderung ihres elektrischen Widerstandes zur Folge. Durch das Versintern eines auf die Metallschicht aufgebrachten Isolierüberzuges werden nichtleitende Teilchen zwischen die Körnchen an der Oberfläche der Metallschicht eingelagert und hierdurch deren elektrischer Widerstandswert erhöht. Eine anschließende Temperung bewirkt eine wechselseitige Diffusion zwischen dem Metall und dem Nichtleiter unter Bildung eines Mischgefüges aus nichtleitenden und leitenden Teilchen. Das Auftragen eines Isolierüberzuges kann einerseits durch Einebnen einer rauhen Schichtfläche eine Verminderung des Widerstandswertes, andererseits aber auch durch Aufrauhen einer glatten Schichtfläche eine Erhöhung des Widerstandswertes zur Folge haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Widerstandselementen für hochohmige elektrische Schichtwiderstände, bei denen auf einen plattenförmigen Trägerkörper eine Metallschicht und darüber eine Siliziummonoxidschicht aufgedampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf den isolierenden Trägerkörper (10) eine als isolierende Trennschicht dienende Siliziummonoxidschicht (11) aufgedampft wird, auf diese Siliziummonoxidschicht (11) zwei gegenüberliegende Stromanschlußkontakte (12 Λ, 12 B) und dann eine diese Kontakte (12 Λ, 12 B) teilweise überbrückend verbindende diffusionsreaktionsfähige Metallschicht (14) mit maximal solcher Schichtdicke aufgedampft wird, daß sich die in der später erfolgenden Temperung an den Grenzschichten der Metallschicht (14) bewirkte Diffusion auf den Wert des Flächenwiderstandes noch merklich auswirken kann, und daß auf diese Metallschicht (14) dann eine äußere Siliziummonoxidschicht (16) aufgedampft wird, und daß dieses so erhaltene Widerstandselement dann derart einer Temperung unterworfen wird, daß dadurch zwischen der Metallschicht (14) und den Siliziummonoxidschichten (11,16) eine Reaktion ausgelöst wird, deren Tiefe einem wesentlichen Teil der Dicke der Metallschicht (14) entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die untere Siliziummonoxidschicht (11) eine aus Chrom bestehende Metallschicht (14) aufgedampft und dieser Vorgang beendet wird, bevor der Flächenwiderstand der Metallschicht (14) unter 100 000 Ohm absinkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die untere Siliziummonoxidschicht (11) eine aus Nickel bestehende Metallschicht (14) aufgedampft und dieser Vorgang beendet wird, bevor der Flächenwiderstand der Metallschicht (14) unter 6000 Ohm absinkt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Siliziummonoxidschicht (11) in einer Dicke von etwa 2500 Angström und die obere Siliziummonoxidschicht (16) in einer Dicke von etwa 10 000 Angstrom aufgetragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Behandlungstemperatur je nach den Widerstandswerten der Metallschicht (14), die diese vor der Temperung hat und nach der Temperung haben soll, eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung selbsttätig erfolgt.