DE1925921C - Verfahren zur Herstellung von Widerstandselementen für hochohmige elektrische Schichtwiderstände - 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 Reco.d, 1959, Teil 6, Seite 87—91.)

Bekamt ist auch ein Herstellungsverfahren für hochohmige Widerstände insbesondere für stetig veränderbare hochohmige Widerstände in Drehpotentiometern u. dgl. Hierbei wird zunächst auf den Träger, de 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 eiuem 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 Trägerniterlage aufgebracht wird, wobei keine Reaktion des Bo.; mit

der Trägerunterlage erfoigt. Auf diese Borschici.* 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 gefä.bte Schicht, die sehr fest auf der Trägerunterlage haftet und die Erzielung sehr hoher Widerstandswerte bei verhältnismäßig *tarker 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 Mc ·

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 werde *. Dabei kann auf dem Träger, Jer 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 Cias-Metall-Grenzschicht anreichern können und ebenfalls den Widerstandswert verändert können (deutsche Auslegeschrift 1200 421).

Bei der Entwicklung von Metaüoxidschichtwiderständen erwies sich die elektrische Stabilität als ein besonders schwieriges Problem. Es wurde festgestellt, daß sowohl wandernde Alkalimetallionen im Trägerkörper Js auch der direkte Kontakt des leitenden Schichtelemcntes mit der Umgebungsatmosphäre als Hauptfaktoren für die elektrische In-Stabilität angesehen werden. Man ist daher dazu übergegangen, alkalifreie Trägerkörper zu verwenden und äußere Schutzüberzüge fUr die elektrisch leitenden Metalloxidwiderstände der vorliegenden Art vorzusehen, wobei letztere aus hochohmigen Metalloxidschichten Gestehen 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 Alkalimetalliont.- ist, keine vollständig geeignete und zufriedenstellende Trägeroberfläche liefert, auf der man unmittelbar die Metallo.'idschicht für einen Widerstand niederschlagen kann. Das Einsetzen einer Zwischenschicht, einschließlich von Oxidschichten, zwischen eine geeignete Widerstandsschicht und einen Ciasträgerkörper ist ebenfalls bekannt. Min hai auch Oxidschichten verwendet, um die Haftung einer Metallschicht auf einem Glasträ- gt( 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 dor eigentlichen Widerstandsschicht sehr hochohmige Schicht zwischen dem Trägerkörper und der eigentlichen Widerstandsschicht mit den Stromscblußklemmen aufgebracht. Die zweite Schicht ist gegenüber der eigentlichen Widerstandsschicht sehr tochohmig und normalerweise so groß, daß weniger als 1 % der Querströme in einem Widerstand in der zweiten Schicht auftreten. In einigen Fällen kann es äch 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 1 204 738).

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 nd 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 kt/in 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 dsn 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 wirrt, deren Tiefe einem wesentlichen Teil der Dicke der Metallschicht entspricht.

Ein ».ach diesem vergleichsweise einfachen Verfahren hergestellter Schichtwiderstand weist dann einen äußerst niedrigen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandswertes auf, upd zwar bei relativ nohem Flächenwiderstand.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des zuvor definierten Verfahrens besteht auch, darin, daß auf die untere iSiliziununonoxidschicht 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 erzielt wird. Bei den nach bekannten Verfahren hergestellten Schichtwiderständen liegt der Schichtwiderstand in der Größenordnung von einem 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 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 Behandlungstemperaturen T₁, T₂ und T₃ und veranschaulichen die Beziehungen zwischen den Behandlungstemperaturen und -zeiten. Die Kurven B₁, B₂ und B₃ gehen von einer Widerstandc-

Ohm, während der Schichtwiderstandswert, der mit . .

Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt wird, ao schicht aus, welche vor der Wärmebehandlung einen

beispielsweise bei Verwendung von Nickel in der Flachenwiderstandswert A₁ aufweist, und insbeson-

Größenordnung von 6000 Ohm und bei Verwendung dere aus der Kurve B₁ ist zu ersehen, daß durch die

von Chrom in der Größenordnung von 100 000 Ohm

Wärmebehandlung dieser Schicht bei einer Temperatur von T₁ in der Zeit f. sein Flächenwiderstand auf

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines 25 den Wert A₂ ansteigt. Wenn diese Schicht in der vor-Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeich- beschriebenen Weise stabilisiert wird, so bleibt sie tem- - · ■ peraturbeständig bei jeder Temperatur unterhalb T₁,

also unterhalb derjenigen Temperatur, bei welcher

nung näher erläutert. Es zeigt

Fig.! 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 öffder Hächenwiderstand K, 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 T₈ erwärmt, so nimmt ihr Flächenwiderstand zu.

Die Isothermkurven A₁ und A_x beziehen sirh 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 ν .schiedener Weise vorgenommen werden, z. B.

nung einer Abdeckplatte aufgedampft. Obwohl bei 45 durch Strahlungsbeheizung, Hindurchleiten eines diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Nickel- Heizstromes durch das Widerstands'ement, mittels schicht aufgetragen wird, kommt hierfür auch eine Laserstrahlen, Ultrakurzwellen oder auf induktivem Chromschicht in Betracht. Mit welchen Verfahrens- Wege. Während der Wärmebehandlung kann ein abweichungen und Ergebnissen bei deren Anwendung Schichtabschnitt tiberwacht und mit einem geeichten für die erfindungsgemäßen Schichtwiderstände zu 50 Widerstandselement verglichen werden. Es kann die rechnen ist, wird weiter unten noch dargelegt werden. Temperatur entsprechend empirisch ermittelter Werte 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 55
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. Unmittel- 60
bar danach wird durch die gleiche Abdeckblende ein
Siliziummonoxid-Überzug einer Stärke von 10 000
Angström auf die Nickelschicht aufgebracht. Die erhaltenen Widerstände werden dann mindestens 30 Mi-

nuten lang aiif eine Temperatur zwischen 260 und 65 Schicht vor der Temperang. Aus diesem Diagramm 400° C, die sich nach dem jeweils gewünschten ist auch zu ersehen, daß die prozentuale Zunahme des Widerstandswert richtet, erwärmt. Hierauf werden Widerstandswertes mit der Größe dieses Wertes vor sie mindestens 24 Stunden hindurch in Luft einer der Tempening ansteigt. Die hierfür maßgebenden

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 Ann 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 Wklerstandswert erhalten hat.

F i g. 3 veranschaulicht die Abhängigkeit des durch Temperang einer Nickelschicht erreichbaren maximalen Widerstandswertes von dem Wklerstandswert der

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Gründe werden später noch erörtert. Die Wichtigkeit doppelseitig beschichteten Metallschicht aus. Bei sehr der Maßnahme, beim Aufbringen einer Nickelschicht dicken Schichten beruhen Änderungen der Widerderen Widerstandswert nicht unter 6000 Ohm absin- standswerte lediglich auf Gefü₆everänderungen auf ken zu lassen, ergibt sich daraus, daß bei Nickelschich- Grund der Glühbehandlung des Metalls. Andererseits ten ein Ausgangswiderstandswert unter 6000 Ohm 5 ist festzuhalten, daß Metalle, die mit ihren Unter- und durch anschließende Wärmebehandlung sich nicht er- Oberschichten keine oder nur vernachlässigbare Difhöhen läßt oder sogar noch afbfällt, wohingegen bei fusionsreaktionen eingehen, auch durch Wärme-Nickelschichten mit einem Ar-fangswert über 6000 behandlung keine Änderung ihrer Widerstandswerte Ohm während der Wärmebehandlung zunimmt, und erfahren.

zwar um so mehr, je höher der Anfangswert zu Be- io Die allgemeine chemische Umsetzung verläuft nach

ginn der Wärmebehandlung ist. folgender Gleichung:

Weshalb durch die Erfindung elektrisch stabile _Si _, siO + (2x + I)Me = MeO + 2 Me₁Si, Schichten mit außerordentlich hohem Widerstands- '

wert erhalten werden, ergibt sich aus den folgenden worin Me das Metall und Si ein Überschußelement in Betrachtungen der Vorgänge bei der Bildung und 15 der SiO-Schicht ist, z. B. Stabilisierung der Schichten. Maßgebend für die BiI- _{sj h SJ}q _f ^₂ χ + I)Ni = NiO f 2Ni Si dung der Schichtwiderstände sind Oxydations- und * strukturelle Umwandlungsvorgänge, wobei es sich bei Haben die Reaktionsprodukte einen höheren speziden Oxydationsvorgängen um eine teilweise oder voll- fischen Widerstand als das betreffende Metall, so ständige Oxydation oder Siltzierung der Metallschicht »0 wird durch die Temperung der Widerstandswert handelt, die mit einer Änderung des spezifischen naturgemäß erhöht. Entstehen dagegen Reaktions-Widerstandes verbunden sind, während die struktu- produkte mit höheren/und zugleich andere Produkte relle Umwandlung sowohl innere als auch äußere mit geringerem spezifischen Widerstand im Vergleich Gefügeänderungen umfaßt und ebenfalls den spezi- mit demjenigen der ursprünglichen Metallschicht, so fischen Widerstand beeinflußt. Die Kombination die- »s müssen die betreffenden Anteile der Reaktionsproser beiden Vorgänge bestimmt den zu erhaltenden dukte zuvor bestimmt werden, ehe die Temperung auf Wrderstandsendwert. die Erlangung eines bestimmten Hächenwiderstandes

abgestellt werden kann. Dies geschieht durch Bestim-Die Oxvdationsvoreanee „,,,„„ A~_r x„^..„.„„ :„ «4„. »_„: c :_ j : «

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Wird eine dünne Metallschicht auf ein Oxid aufge- 30 nen Reaktionsprodukte und der Reaktionstiefe. Hintragen, so ist mit einer gegenseitigen Beeinflussung sichtlich der im Falle des beschriebenen Ausführungsdieser beiden Stoffe in ihren Grenzschichten zu rech- beispiels benutzten Nickelschicht und der diese umnen. Durch Metalldiffusion in das Oxid und durch gebenden Siliziummonoxtdschichten ist es bekannt, Silizium- oder Sauerstoffdiffusion in das Metall wird daß der spezifische Widerstand des Nickeloxides und eine Zwischenschicht gebildet, deren spezifischer 35 des Nickelsilizides größer ist als derjenige des Nickels. Widerstand von den hierbei entstehenden Reaktions- Aus Analysen ist ebenso bekannt, daß hei den hier produkten abhängt. Die Art und Tiefe der Reaktion in Betracht kommenden Behandlungstemperaturen in den Grenzschichten der verschiedenen Stoffe hängt aus der Reaktion des Nickels mit Sauerstoff und SiIivon der Temperatur der Schichten und der Zeit ab, zium bzw. Siliziummonoxid, Nickeloxid und Nickelin der sie auf einer bestimmten Temperatur gehalten 40 silizid entstehen. Dies erklärt die charakteristische werden. Eine erneute Temperaturerhöhung hat natur- Erhöhung des Flächenwiderstandes einer gemäß der gemäß eine größere Diffusionstiefe und damit eine Erfindung behandelten Nickelschicht. Die Tatsache, weitere Änderung des spezifischen Widerstandes zur daß die prozentuale Zunahme des Flächenwiderstan-Folge. Anders als bei sonstigen Diffusionsvorgängen des durch Wärmebehandlung abhängig ist von dem entspricht hier die Diffusionstiefe einem großen Teil 45 Widerstandswert des Metalls zu Beginn der Wärmeder Schichtdicke und sind die für die Diffusion zur behandlung ist folgendermaßen zu erklären: Verfügung stehenden Metall- und Oxidmengen vegen Bekanntlich ist der Flächenwiderstand einer Schicht der geringen Masse der Schicht begrenzt. Hieraus er- umgekehrt proportional der Schichtdicke, während gibt sich eine ooere Temperaturgrenze, bei deren die Tiefe, bis zu der eine Oxydation erfolgt, nicht von Überschreitung eine Diffusion von Komponenten in 50 der Schichtdicke, sondern von den miteinander reader angrenzenden Schicht und damit eine weitere gierenden Stoffen und der Reaktionstemperatur ab-Änderung des Widerstandswertes zufolge der Oxyda- hängt Hingegen ist jedoch das Verhältnis zwischen tion oder Vermischung der Komponenten nicht mehr der Oxydationstiefe und der Schichtdicke von letzteerfolgt rcr abhängig, d. h. von dem Ausgangswert des FIa-Durch den Siliziummonoxidübereug auf der Metall- 55 chenwiderstandes für eine bestimmte Stoffkombinaschicht wird nicht nur eine weitere Diffusionsquelle tion und den Reaktionstemperaturen. Ist der Ausgeschaffen, sondern auch der Zutritt von Sauerstoff gangswert des Flächenwiderstandes hoch, so handeil aus der Atmosphäre verhindert, diese Seite des Me- es sich um eine dünne Schicht bei der die relativ« tails also geschützt. Die Siliziummonox'rdschicht unter Oxydationstiefe und damit die Zunahme des Flä der Metallschicht verhindert den Zutritt von Alkali- 60 chenwiderstandes ebenfalls hoch ist Ist dagegen dei ionen oder anderen schädlichen Verunreinigungen Anfangswert des Flächenwiderstandes klein, so hau aus dem Glas in das Metall. Die zwischen den beiden delt es sich um eine verhältnismäßig dickere Schicht Siliztummonoxidschichlen eingebettete Metallschicht bei der die relative Oxydationstiefe und damit di< ist also symmetrischen Diffusionsbedingungen ? -ge- prozentuale Erhöhung des Flächenwkterttarjdes eben sci/i. 65 falls gering ist. Metallschichten, die so .«ficfr sind, dal Jc dicker die Metallschicht ist desto geringer wirkt demgegenüber die Reaktionstiefe niciit im Gewich sich die auf die Grenzschichten des Metalls bc- fällt können keine nennenswerte Verbesserung ihre schränkte Diffusion auf den Gcsamtwidcrstand der Widerstandswerte erfahren, selbst dann nicht, wem

sie γ ach der Lehre vorliegender Erfindung behandelt werden. Die in F i g. 3 angedeutete untero Grenze des Ausg;angswertes für den Flächenwiderstand, der durch Temperiing 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 SiliziummonoxidUberzügen Sauerstoff aufzunehmen, Oxid- und Silizidfilme bildet, ist Chrom.

Die Behandlung von Schichten aus diesem Metall gemäß der Erfindung ergibt ebenfalls Schichtwiderstände mit über den vor der Wärmebehandlung liegenden Anfangswerten des Fläche' Widerstandes, sofern auch dieser Anfangswert über der Grenze seiner 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 beinigt 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 5 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

ίο 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.

ig Diese flächenglättende Homogenisierung der Schicht hat eine Verminderung ihres elektrischen Widerstandes zur Folge. Durch das Versintern eines auf die Metallschicht aufgebrachten IsoHerüberzuges werden nichtleitende Teilchen zwischen die Körnchen an der

ao Oberfläche der Metallschicht eingelagert und hierdurch deren elektrischer Widerstandswert erhöht. Eine anschließende Temperung bewirkt eine wechsel-

„ seitige Diffusion zwischen dem Metall und dem Nichtleiter unter Bildung eines Mischgefüges aus nichtlei-

»5 tenden und leitenden Teilchen. Das Auftragen eines IsoHerüberzuges kann einerseits durch Einebnen einer rauhen Schichtfläche eine Verminderung des Widerstandswertes, andererseits aber auch durch Aufrauhen einer glatten Schichtf.Hche είπε 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 Si-HziununonorJdschicht (U) zwei gegenüberliegende Stromanschlußkontakte (12 A, 12 B) und dann eine diese Kontakte (12 A, 12 B) teilweise überbrückend verbindende diffusionsreaktionsfähige Metalls,! icht (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 "wischen der Metallschicht (14) und den Siliziummonoxidschichten (11,16) eine Reaktion ausgelöst wird, deren Ixie einem wesentlichen Teil der Dicko der Metallschicht (14) entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die untere Siliziummonoxidschicht (11) eine aus Chrom bestehende Metallschicht (114) aufgedampft und dieser Vorgang beendet wild, bevor der Flächenwiderstand der Metallschicht (14) unter 100 000 Ohm absinkt.

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

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