DE19720880A1

DE19720880A1 - Electric heating element with thermally conductive layer

Info

Publication number: DE19720880A1
Application number: DE1997120880
Authority: DE
Inventors: Franz Dr Bogdanski; Ose Dr Lutz
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 1997-05-17
Filing date: 1997-05-17
Publication date: 1998-11-19

Abstract

The thermally conductive semiconductor layer (51) is connectable to at least two electric contacts (52,53) and is preferably formed by a thin film deposition process, typically by chemical vapour deposition (CVD). The thermally conductive layer is deposited on an insulating substrate, preferably of ceramic material. The thermally conductive layer may be bent, at least partly and/or contain steps, may be enclosed in at least one dimension, and may be laterally extended in at least one direction of more than 1 mm, preferably 10 to 300 mm. The lay thickness is 0.1 to 5 microns, typically 2 microns.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizelement zur Erzeugung von Elektrowärme mit mindestens einer zum elektrischen Anschluß an mindestens zwei elektrische Kontakte vorgesehenen Heizlei terschicht.The invention relates to a heating element for generating Electric heat with at least one for electrical connection provided at least two electrical contacts layer.

Typische gattungsgemäße Heizelemente sind Dickschicht-Heiz elemente. Diese werden durch Beschichten eines elektrisch isolierenden Grundkörpers mit einer elektrisch leitenden Heizleiterschicht hergestellt, die als ohmscher Widerstand wirkt und die sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die in elektrisch leitendem Kontakt mit der Heizleiter schicht stehenden Kontakte bzw. Elektroden erwärmt. Bei der Herstellung eines Dickschicht-Heizelementes wird im Sieb druckverfahren beispielsweise auf eine dünne keramische Trä gerplatten eine Schicht aus pastenförmigem Leitermaterial aufgedruckt. Durch anschließendes Erwärmen entstehen aus dem pastenförmigen Leitermaterial eine metallische Heizleiter schicht. Die Schichtdicken der durch Dickschichttechnik auf gebrachten Heizleiterschichten betragen in der Regel zwischen 5 µm und 50 µm. Typical generic heating elements are thick film heating elements. These are made by coating an electrical insulating body with an electrically conductive Heating conductor layer made that as ohmic resistance acts and which occurs when an electrical voltage is applied to those in electrically conductive contact with the heating conductor layered contacts or electrodes are heated. In the Manufacturing a thick film heating element is done in the sieve printing process, for example on a thin ceramic substrate a layer of pasty conductor material printed on. Subsequent heating results in the pasty conductor material a metallic heating conductor layer. The layer thicknesses based on thick film technology brought heating conductor layers are usually between 5 µm and 50 µm.

Wegen des erforderlichen Druckschrittes ist die Dickschicht technik in der Regel auf die Herstellung von ebenen Heizlei terschichten auf makroskopisch ebenen Substraten beschränkt. Bei der Beheizung unebener Bauteile mit im wesentlichen ebe nen Heizleiterschichten können Wärmeverluste auftreten, die den Wirkungsgrad des Heizelementes herabsetzen.Because of the required printing step, the thick layer is technology usually on the production of flat heating cables limited to macroscopically flat substrates. When heating uneven components with essentially flat Heat loss layers can occur, which reduce the efficiency of the heating element.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Heizelement zu schaf fen, das eine elektrische Beheizung beliebig geformter Bau teile mit gleichmäßig gutem Wirkungsgrad ermöglicht.It is an object of the invention to provide a heating element fen, the electrical heating of any shape construction parts with uniformly good efficiency.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Heizelement mit den Merk malen von Anspruch 1.This problem is solved by a heating element with the Merk paint of claim 1.

Ein Heizelement, dessen Heizleiterschicht im wesentlichen aus Halbleitermaterial besteht, kann durch in der Halbleiterindu strie bewährte Verfahren zur Herstellung dünner Schichten so wohl auf ebenen Substraten, als auch auf makroskopisch unebe nen, beispielsweise gekrümmten, stufigen oder andersartig re liefartig strukturierten, ggf. geometrisch unregelmäßig ge formten Oberflächen aufgebracht werden. Als Dünnschichtver fahren zur Herstellung der Heizleiterschicht können Vakuum verfahren, wie beispielsweise Physical Vapor Deposition, PVD, Ionenplattierung, Kathodenzerstäubung oder Polymerisa tion in Plasmen eingesetzt werden. Auch die Verwendung von Sprühverfahren, Tauchverfahren, stromloser Beschichtung, Aus laug- oder Ätzverfahren oder Ionentransport im Festkörper ist möglich.A heating element whose heating conductor layer essentially consists of Semiconductor material can be made by in the semiconductor industry stried best practices for making thin layers like this probably on flat substrates as well as macroscopically uneven NEN, for example curved, stepped or other right ge-like structured, possibly geometrically irregular shaped surfaces can be applied. As thin-film ver drive to manufacture the heating conductor layer can vacuum processes, such as physical vapor deposition, PVD, ion plating, cathode sputtering or polymerisa tion in plasmas. Even the use of Spraying process, immersion process, electroless coating, off alkali or etching process or ion transport in the solid state is possible.

Vorzugsweise wird die Heizleiterschicht durch chemische Ab scheidung aus der Dampfphase (Chemical Vapor Deposition, CVD) hergestellt. Bei dieser Fertigungstechnik wird in einem Ofen das Material der Heizleiterschicht auf ein Substrat aus elektrisch isolierendem Material aufgedampft. Das Substrat kann aus keramischem Material bestehen und beispielsweise eine Keramikplatte oder dergleichen sein, es kann auch aus beispielsweise Glas oder Kunststoff bestehen. Es kann auch eine elektrisch isolierende Oberfläche eines zu beheizenden Bauelementes sein oder eine elektrisch isolierende Ober flächenschicht auf einem ggf. elektrisch leitenden Bauele ment.The heating conductor layer is preferably covered by chemical ab separation from the vapor phase (chemical vapor deposition, CVD). With this manufacturing technology is in one Oven the material of the heating conductor layer on a substrate evaporated electrically insulating material. The substrate can consist of ceramic material and for example a ceramic plate or the like, it can also be made of for example, glass or plastic. It can also an electrically insulating surface of one to be heated Be component or an electrically insulating upper surface layer on a possibly electrically conductive component ment.

Die Substratoberfläche muß nicht eben sein. Es ist auch die Herstellung dreidimensionaler Heizleiterschichten möglich, die der Form des zu beheizenden Bauteils optimal angepaßt werden können. Eine Heizleiterschicht kann beispielsweise mindestens bereichsweise gekrümmt sein und/oder mindestens bereichsweise Stufen, Spitzen, Wölbungen oder dergleichen aufweisen. Es ist auch möglich, daß die Heizleiterschicht in mindestens einer Dimension im wesentlichen geschlossen ist, so daß ein zu beheizendes Element in dieser Dimension im wesentlichen vollständig durch die Heizleiterschicht um schlossen ist. Auf diese Weise ist eine Beheizung mit beson ders hohem Wirkungsgrad erreichbar.The substrate surface does not have to be flat. It is also that Production of three-dimensional heating conductor layers possible optimally adapted to the shape of the component to be heated can be. A heating conductor layer can, for example be curved at least in some areas and / or at least in some areas, steps, peaks, arches or the like exhibit. It is also possible that the heating conductor layer in at least one dimension is essentially closed, so that an element to be heated in this dimension in essentially completely through the heating conductor layer is closed. In this way, heating with special achievable high efficiency.

Die Dimensionen der Heizleiterschicht können durch Steuerung des Beschichtungsprozesses der Geometrie des zu beheizenden Bauteils optimal angepaßt werden. Typische Einsatzgebiete erfindungsgemäßer Heizelemente liegen im Bereich der Haus haltsgeräte beispielsweise bei Flüssigkeits-Durchlauferhit zern bzw. Durchflußheizern für Waschmaschinen oder Geschirr spüler, oder bei Glaskeramik-Koch- oder Warmhalteflächen. Im Automobilbau sind erfindungsgemäße Heizelemente beispiels weise bei beheizbaren Heck- und Frontscheiben, beheizbaren Türschlössern oder zur Heizung von Katalysatoren einsetzbar. Einsatzmöglichkeiten bestehen auch in der Medizin- und Labor technik, beispielsweise bei Temperiereinrichtungen für Flüs sigkeiten. Entsprechend können typische Heizleiterschichten eine laterale Ausdehnung haben, die mindestens in einer Rich tung senkrecht zur Schichtdicke größer als einen Millimeter ist, wobei die laterale Ausdehnung in mindestens einer Rich tung senkrecht zur Schichtdicke vorzugsweise zwischen 10 mm und 300 mm liegt. Auch eine Miniaturisierung erfindungsgemä ßer Heizelemente, beispielsweise zur punktgenauen Beheizung oder Beheizung entlang von schmalen Linien, die ggf. Durch messer deutlich unterhalb einem Millimeter haben, ist mög lich.The dimensions of the heating conductor layer can be controlled the coating process the geometry of the to be heated Component are optimally adjusted. Typical areas of application Heating elements according to the invention are in the area of the house Holding devices, for example, in the case of liquid flow hits zer or flow heaters for washing machines or dishes dishwasher, or for glass ceramic cooking or warming surfaces. in the Automotive engineering are heating elements according to the invention, for example as with heated rear and front windows, heatable Door locks or can be used to heat catalysts. Possible applications also exist in the medical and laboratory technology, for example in temperature control systems for rivers candy. Typical heating conductor layers can accordingly have a lateral extent that is at least in one direction direction perpendicular to the layer thickness greater than one millimeter is, the lateral extent in at least one Rich direction perpendicular to the layer thickness, preferably between 10 mm and is 300 mm. Miniaturization according to the invention ßer heating elements, for example for precise heating or heating along narrow lines that may pass through knives well below one millimeter is possible Lich.

Insbesondere wenn die Heizleiterschicht mindestens bereichs weise, vorzugsweise vollständig, eine Schichtdicke zwischen 0,1 µm und 5 µm, insbesondere zwischen 2 µm und 4 µm, vor zugsweise von etwa 3 µm hat, ist die Heizleiterschicht ge eignet, die für die Beheizung notwendigen Ströme praktisch ohne Veränderung ihrer elektrischen Eigenschaften dauerhaft zu tragen. Schichten dieser Dicken sind auch wenig anfällig gegen mechanische Beschädigungen.Especially if the heating conductor layer is at least in some areas wise, preferably completely, a layer thickness between 0.1 µm and 5 µm, especially between 2 µm and 4 µm preferably has about 3 microns, the heat conductor layer is ge suitable, the currents necessary for heating are practical permanently without changing their electrical properties to wear. Layers of these thicknesses are also not very sensitive against mechanical damage.

Heizleiterschichten aus Halbleitermaterial sind bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften in weiten Grenzen einstell bar, was einen weiteren Vorteil erfindungsgemäßer Heizelemen te darstellt. Eine Heizleiterschicht kann im wesentlichen aus Germanium oder einer III-V-Verbindung bestehen. Bei einer Weiterbildung der Erfindung besteht sie vorzugsweise im we sentlichen aus Silizium, insbesondere aus polykristallinem Silizium. In das Halbleitermaterial können Dotierungsatome wie Phosphor, Arsen, Antimon oder Bor eingebettet sein, um die Heizleiterschicht n-leitend bzw. p-leitend zu machen. Bei der CVD-Technik können die Dotierungsstoffe in exakter Dosie rung entweder dem Trägergas oder ggf. einer flüssigen Aus gangsverbindung beigemischt werden.Heat conductor layers made of semiconductor material are related their electrical properties within wide limits bar, which is a further advantage of heating elements according to the invention represents te. A heating conductor layer can essentially consist of Germanium or a III-V compound exist. At a Further development of the invention, it preferably consists of mainly made of silicon, especially polycrystalline Silicon. Doping atoms can be in the semiconductor material such as phosphorus, arsenic, antimony or boron make the heating conductor layer n-type or p-type. At With the CVD technique, the dopants can be dosed precisely tion either the carrier gas or, if necessary, a liquid Aus can be added to the connection.

Es ist beispielsweise möglich, eine Heizleiterschicht mit einem positiven Temperaturkoeffizienten zu erzeugen, der für die Heizung und die Temperaturregelung besonders vorteilhaft ist. Eine Heizleiterschicht kann einen Temperaturkoeffizien ten des elektrischen Widerstandes zwischen 10 und ca. 2000 ppm/°C haben, vorzugsweise zwischen 500 und 1500 ppm/°C, insbesondere von ca. 900 ppm/°C haben. For example, it is possible to use a heating conductor layer to generate a positive temperature coefficient for heating and temperature control are particularly advantageous is. A heating conductor layer can have a temperature coefficient electrical resistance between 10 and approx. Have 2000 ppm / ° C, preferably between 500 and 1500 ppm / ° C, in particular of approx. 900 ppm / ° C.

Zur Einstellung der Heizleistung der Heizleiterschicht kann die Heizleiterschicht an eine elektrische Steuereinrichtung oder an eine elektrische Regeleinrichtung angeschlossen sein, die zur Erzeugung einer an der Heizleiterschicht anliegenden Spannung ausgebildet ist. Diese Einrichtung kann beispiels weise in Hybrid-Technik oder SMD (surface mounted device)- Technik oder in Form einer diskreten Schaltung vorliegen, die elektrisch leitend mit der Heizleiterschicht verbunden ist. Da die Heizleiterschicht im wesentlichen aus Halbleitermate rial besteht, ist es möglich, die Steuereinrichtung oder die Regeleinrichtung in die Heizleiterschicht zu integrieren. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Heizleiterschicht bereichsweise nach Art einer integrierten Schaltung aufgebaut ist. Diese integrierte Schaltung kann die Steuer- bzw. Regel einrichtung darstellen.To adjust the heating power of the heating conductor layer the heating conductor layer to an electrical control device or be connected to an electrical control device, those for the generation of an adjacent to the heating conductor layer Voltage is formed. This facility can for example wise in hybrid technology or SMD (surface mounted device) - Technology or in the form of a discrete circuit that is electrically conductively connected to the heating conductor layer. Since the heating conductor layer essentially consists of semiconductor mate rial exists, it is possible to use the control device or the Integrate control device into the heating conductor layer. This can be achieved in that the heating conductor layer built up in areas like an integrated circuit is. This integrated circuit can control show facility.

Wenn nahe bei der Heizleiterschicht oder in Berührungskontakt mit der Heizleiterschicht mindestens ein Sensor angeordnet ist, der geeignet ist, einen Betriebszustand der Heizleiter schicht zu detektieren, läßt sich die Heizleistung der Heiz leiterschicht besonders genau steuern oder regeln. Vorzugs weise ist der Sensor ein Temperatursensor. Der Sensor kann als Meßglied eines elektronischen Regelkreises geschaltet sein, wodurch ein geregeltes Heizelement realisiert werden kann. Besonders kurze Regelstrecken ergeben sich, wenn der Sensor in die Heizleiterschicht integriert ist. Dies ermög licht eine besonders genaue Temperaturerfassung und ggf. eine besonders feinfühlige Regelung der Heizleistung. Der Sensor kann ein Halbleiter-Bauelement sein.When close to the heating conductor layer or in touch contact arranged at least one sensor with the heating conductor layer is suitable for an operating state of the heating conductor To detect layer, the heating power of the heating control or regulate the conductor layer particularly precisely. Preferential the sensor is a temperature sensor. The sensor can connected as a measuring element of an electronic control circuit be, whereby a regulated heating element can be realized can. Particularly short controlled systems result when the Sensor is integrated in the heating conductor layer. This enables a particularly precise temperature detection and possibly a particularly sensitive regulation of the heating output. Of the The sensor can be a semiconductor component.

Durch die Integration einer Leistungsregelung und ggf. eines Meßgliedes kann ein "intelligentes Heizelement" aufgebaut werden, das vorteilhaft in der Technik der integrierten Schaltung hergestellt werden kann. By integrating a power control and possibly one Measuring element can build an "intelligent heating element" that are advantageous in the technology of integrated Circuit can be made.

Wenn es beispielsweise erforderlich ist, Teile der Heizlei terschicht elektrisch von anderen Elementen des Heizelemen tes, beispielsweise einem Temperatursensor, zu isolieren, dann kann das Heizelement mindestens bereichsweise mindestens eine Isolierschicht aus elektrisch isolierendem Material auf weisen. Diese kann vorzugsweise im wesentlichen aus Silizium oxid bestehen. Die Isolierschicht kann beispielsweise durch Niedrigtemperaturoxidation (LCO-Prozeß) hergestellt werden.For example, if necessary, parts of the heating element layer electrically from other elements of the heating element isolate tes, for example a temperature sensor, then the heating element can at least in certain areas an insulating layer made of electrically insulating material point. This can preferably consist essentially of silicon oxide exist. The insulating layer can, for example, by Low temperature oxidation (LCO process) can be produced.

Ein Heizelement, dessen Heizleiterschicht im wesentlichen aus Halbleitermaterial besteht, hat weitere signifikante Vorteile gegenüber herkömmlichen Heizelementen. Es ist möglich, daß die Heizleiterschicht eine erste Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial und mindestens eine zweite Schicht aus einem von dem ersten Halbleitermaterial elektrisch verschie denen zweiten Halbleitermaterial aufweist, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht unter Bildung eines flächen haften p-n-Überganges aneinander angrenzen. Der p-n-Übergang kann eine laterale Ausdehnung haben, die mindestens in einer Richtung parallel zur Schicht größer als 1 mm ist und die vorzugsweise zwischen 10 mm und 1000 mm beträgt. Die Heizlei terschicht kann auch mindestens eine an die erste Schicht oder die zweite Schicht unter Bildung eines flächenhaften p-n-Überganges angrenzende dritte Schicht aus einem dritten Halbleitermaterial haben, das sich elektrisch von dem Halb leitermaterial der angrenzenden Schicht unterscheidet. Auch Heizleiterschichten mit vier oder mehr Schichten und einer entsprechenden Anzahl von p-n-Übergängen können hergestellt werden. Die Schichten und die entsprechenden p-n-Übergänge können derart zueinander angeordnet bzw. verschaltet werden, daß ein elektrisch steuerbares Heizelement entsteht, das be züglich der elektrischen Steuerung wie eine Diode, ein Tran sistor oder ein Triac oder ein anderer Thyristor wirkt und welches gleichzeitig aufgrund seiner Wärmeverluste in den Schichten und den stark verlustbehafteten p-n-Übergängen eine Heizleiterschicht darstellt, die, ggf. unter Zwischenschal tung einer elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Isolier schicht an einem zu beheizenden Bauelement angebracht sein kann.A heating element whose heating conductor layer essentially consists of Semiconductor material has other significant advantages compared to conventional heating elements. It is possible that the heating conductor layer a first layer from a first Semiconductor material and at least a second layer electrically differ from one of the first semiconductor material which has second semiconductor material, the first Layer and the second layer to form a surface adhere to the p-n junction. The p-n transition can have a lateral extent that is at least in one Direction parallel to the layer is greater than 1 mm and the is preferably between 10 mm and 1000 mm. The Heizlei The layer can also have at least one on the first layer or the second layer to form an areal p-n junction adjacent third layer from a third Have semiconductor material that is electrically from the half differs conductor material of the adjacent layer. Also Heating conductor layers with four or more layers and one corresponding number of p-n junctions can be made will. The layers and the corresponding p-n junctions can be arranged or interconnected in such a way that an electrically controllable heating element is created, the be Regarding the electrical control like a diode, a tran sistor or a triac or another thyristor acts and which at the same time due to its heat loss in the Layers and the highly lossy p-n junctions Heating conductor layer, which, if necessary, under the intermediate scarf tion of an electrically insulating, thermally conductive insulation be attached to a component to be heated can.

Die Erfindung löst somit zum einen das technische Problem der Erzeugung von Heizleiterschichten auf ggf. unebenen, makro skopisch strukturierten Oberflächen. Andererseits kann die Heizleistung einer mehrschichtigen Heizleiterschicht aus Halbleitermaterial durch Anlegen von Steuerspannungen an die entsprechenden Kontakte bzw. Elektroden von p-n-Übergänge bildenden, aneinander angrenzenden Schichten genau einge stellt werden.The invention thus solves the technical problem of Generation of heating conductor layers on possibly uneven, macro scopically structured surfaces. On the other hand, the Heating output of a multilayer heating conductor layer Semiconductor material by applying control voltages to the corresponding contacts or electrodes of p-n junctions forming, adjacent layers precisely inserted be put.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu meh reren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungs form der Erfindung oder auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte Ausführungen darstellen können. Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge stellt. Es zeigen:These and other features go beyond the claims also from the description and the drawings, wherein the individual features individually or too much reren in the form of sub-combinations in one execution form of the invention or realized in other fields be and can represent advantageous designs. Execution Examples of the invention are shown in the drawings poses. Show it:

Fig. 1 ein elektrisches Heizelement mit einer auf einer Keramikplatte abgeschiedenen Heizleiter schicht aus polykristallinem Silizium, die über einen diskreten Leistungshalbleiter an eine Leistungsversorgung angeschlossen ist, Fig. 1 is an electrical heating element with a deposited on a ceramic plate heat conductor layer of polycrystalline silicon, which is connected to a power supply via a discrete power semiconductor,

Fig. 2 das Heizelement aus Fig. 1 mit einem auf dem Substrat neben der Heizleiterschicht angeord neten Temperatursensor und einer auf dem Sub strat angeordneten Regelelektronik, Fig. 2, the heating element of FIG. 1 with a heat-conducting layer on the substrate next to the angeord Neten temperature sensor and a strat on the sub arranged control electronics,

Fig. 3 eine auf einem Substrat aufgebrachte Heiz leiterschicht mit drei Schichten aus Halblei termaterial und mit zwischen den Schichten ausgebildeten, flächenhaften p-n-Übergängen, Fig. 3 is a applied to a substrate heating conductor layer with three layers of semiconducting termaterial and between the layers formed, planar pn junctions,

Fig. 4 eine auf einer unregelmäßig gekrümmten Ober fläche aufgebrachte Heizleiterschicht, und Fig. 4 is an on an irregularly curved upper surface applied heat conductor layer, and

Fig. 5 eine ein Keramikrohr umschließende Heizleiter schicht eines Heizelementes für einen Durch lauferhitzer. Fig. 5 is a ceramic tube enclosing heating conductor layer of a heating element for a water heater.

Die nicht maßstabsgetreue, schematische Darstellung in Fig. 1 zeigt ein Heizelement 1 zur Erzeugung von elektrischer Wärme. Das Heizelement hat eine rechteckige, ebene Heizleiterschicht 2, die im wesentlichen aus polykristallinem Silizium besteht und eine Schichtdicke von ca. 3 µm hat. Die Heizleiterschicht 2 ist auf einem plattenförmigen Substrat 3 aufgebracht, das aus Aluminiumnitrid besteht, senkrecht zu der die Heizleiter schicht 2 tragenden Oberfläche eine Dicke von 0,7 mm auf weist und ca. 5 mm breit und etwa 50 mm lang ist. Die Heiz leiterschicht hat eine laterale Ausdehnung von ca. 3 mm in der Breite (parallel zu den kurzen Seiten des Substrates 2) und ca. 10 mm in der Länge. Im Bereich der Schmalseiten der rechteckigen Heizleiterschicht sind auf dieser elektrische Kontakte 4, 5 in Form von langgestreckten, metallischen Kon taktpads aufgebracht, die sich jeweils über die gesamte Schmalseite der Heizleiterschicht 2 erstrecken und eine Dicke von ca. 0,3 µm haben. Die Kontakte sind derart an der Heiz leiterschicht angebracht, daß bei Anlegen einer elektrischen Spannung ein Strom im wesentlichen parallel zur Heizleiter schicht fließt.The schematic representation, which is not to scale, in FIG. 1 shows a heating element 1 for generating electrical heat. The heating element has a rectangular, flat heating conductor layer 2 , which essentially consists of polycrystalline silicon and has a layer thickness of approximately 3 μm. The heating conductor layer 2 is applied to a plate-shaped substrate 3 which consists of aluminum nitride, perpendicular to the surface carrying the heating conductor layer 2, has a thickness of 0.7 mm and is approximately 5 mm wide and approximately 50 mm long. The heating conductor layer has a lateral extent of approximately 3 mm in width (parallel to the short sides of the substrate 2 ) and approximately 10 mm in length. In the area of the narrow sides of the rectangular heating conductor layer, electrical contacts 4 , 5 are applied in the form of elongated, metallic contact pads which each extend over the entire narrow side of the heating conductor layer 2 and have a thickness of approximately 0.3 μm. The contacts are attached to the heating conductor layer in such a way that a current flows essentially parallel to the heating conductor layer when an electrical voltage is applied.

Die Heizleiterschicht 2 wurde durch chemische Abscheidung aus der Dampfphase bei niedrigem Druck (Low pressure chemical vapor deposition, LPCVD-Prozeß) hergestellt. Dazu wurde das Aluminiumnitrid-Substrat 2 in ein Reaktionsgefäß aus Quarz glas eingebracht. In dieses wurde bei einem Unterdruck und einer bestimmten Temperatur ein Reaktionsgas, nämlich Silan (SiH₄) eingeleitet. Auf dem durch eine Maske entsprechend teilweise abgedeckten Substrat 2 bildet sich aus dem sich zersetzenden Reaktionsgas eine feste Schicht aus polykristal linem Silizium, das kurz auch als Polysilizium bezeichnet wird. Die gezeigte Schicht 2 ist mit Fremdatomen dotiert. Die Reaktionsvorrichtung weist dazu Gaszuleitungen für eine Do tierung der Halbleiterschicht 2 auf. Durch eine Variation der Prozeßgaszusammensetzung aus Reaktionsgas und Dotierungs material läßt sich die Dotierung einstellen und durch eine Veränderung der Reaktionstemperatur kann die Korngröße des Polysiliziums eingestellt werden. Auf diese Weise sind die elektrischen Eigenschaften der Halbleiterschicht 2 in weiten grenzen einstellbar.The heating conductor layer 2 was produced by chemical deposition from the vapor phase at low pressure (low pressure chemical vapor deposition, LPCVD process). For this purpose, the aluminum nitride substrate 2 was introduced into a quartz glass reaction vessel. A reaction gas, namely silane (SiH ₄ ), was introduced into this at a negative pressure and a certain temperature. On the substrate 2 , which is correspondingly partially covered by a mask, a solid layer of polycrystalline silicon, which is also referred to as polysilicon for short, is formed from the decomposing reaction gas. The layer 2 shown is doped with foreign atoms. For this purpose, the reaction device has gas supply lines for doping the semiconductor layer 2 . The doping can be adjusted by varying the process gas composition from reaction gas and doping material and the grain size of the polysilicon can be adjusted by changing the reaction temperature. In this way, the electrical properties of the semiconductor layer 2 can be set within wide limits.

Wenn ein Substrat aus elektrisch leitendem Material mit einer Heizleiterschicht versehen werden soll, so kann das elek trisch leitende Substrat, beispielsweise ein zu beheizendes Bauteil, zunächst mit einer Isolierschicht beispielsweise aus Siliziumoxid beschichtet werden, auf die dann die Heizleiter schicht aufgebracht wird. Zur Herstellung der Isolierschicht kann eine ähnliche Vorrichtung wie zur Herstellung der Heiz leiterschicht verwendet werden. In einen Reaktionsbehälter wird bei einem bestimmten Unterdruck und einer Temperatur das zu oxidierende Gas, beispielsweise Silan (SiH₄) sowie Sauerstoff (O₂) eingeleitet. Auf der Oberfläche des zu be schichtenden Substrats bildet sich eine glasartige Schicht aus Siliziumoxid, die elektrisch isolierend, aber bei ent sprechender geringer Dicke von wenigen µm ausreichend wärme leitend ist.If a substrate made of electrically conductive material is to be provided with a heat conductor layer, the electrically conductive substrate, for example a component to be heated, may first be coated with an insulating layer, for example made of silicon oxide, to which the heat conductor layer is then applied. A device similar to that for producing the heating conductor layer can be used to produce the insulating layer. The gas to be oxidized, for example silane (SiH ₄ ) and oxygen (O ₂ ), is introduced into a reaction vessel at a certain negative pressure and temperature. A glass-like layer of silicon oxide is formed on the surface of the substrate to be coated, which is electrically insulating, but is sufficiently heat-conductive with a correspondingly small thickness of a few μm.

Die Heizleiterschicht 2 hat bei 25°C einen elektrischen Wi derstand von ca. 85 Ω und bei 430°C einen elektrischen Wider stand von 170 Ω. Dies ergibt einen durchschnittlichen Tempe raturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes von ca. The heating conductor layer 2 has an electrical resistance of approx. 85 Ω at 25 ° C and an electrical resistance of 170 Ω at 430 ° C. This results in an average temperature coefficient of electrical resistance of approx.

900 ppm/°C, im Gegensatz zu etwa 2000 bis 3000 ppm/°C bei metallischen Heizleiterschichten, die durch Dickschichttech nologie hergestellt werden.900 ppm / ° C, in contrast to about 2000 to 3000 ppm / ° C at metallic heating conductor layers, through thick-film technology technology.

In geringem Abstand von der in Fig. 1 rechten Schmalseite der Heizleiterschicht 2 ist auf dem Substrat 3 ein Halbleiterbau element 6 zur Steuerung des durch die Heizleiterschicht 2 fließenden elektrischen Stromes angeordnet. Das Halbleiter bauelement 6 ist ein bidirektionaler Thyristor (Triac). Die einzige Steuerelektrode des Halbleiterbauelementes 6 ist mit dem Steuereingang 7 des Heizelementes verbunden, der an den Steuerausgang einer (nicht gezeigten) Steuer- oder Regelelek tronik angeschlossen werden kann. Ein Leistungsversorgungs eingang 8 ist zum Anschluß an eine elektrische Leistungsver sorgung, beispielsweise an das Haushalts-Stromnetz vorge sehen. Ein Ausgang 9 des Triacs 6 ist mit den rechten Kon taktpad 5 elektrisch leitend verbunden. Das linke Kontaktpad 4 auf der gegenüberliegenden Schmalseite der Heizleiter schicht 2 ist über eine elektrische Leitung 10 mit der elek trischen Leistungsversorgung verbunden, die auch am Lei stungsversorgungseingang 8 des Triacs 6 angeschlossen ist. Durch Anlegen einer Steuerspannung an den Steuereingang 7 des Triacs 6 kann der durch die Heizleiterschicht 2 fließende Strom gesteuert und auf diese Weise eine gewünschte Heiz leistung der Halbleiterschicht 2 eingestellt werden.At a short distance from the narrow side of the heating conductor layer 2 on the right in FIG. 1, a semiconductor component 6 is arranged on the substrate 3 for controlling the electrical current flowing through the heating conductor layer 2 . The semiconductor device 6 is a bidirectional thyristor (triac). The only control electrode of the semiconductor component 6 is connected to the control input 7 of the heating element, which can be connected to the control output of a (not shown) control or regulating electronics. A power supply input 8 is provided for connection to an electrical power supply, for example to the household power grid. An output 9 of the triac 6 is connected to the right con tact pad 5 in an electrically conductive manner. The left contact pad 4 on the opposite narrow side of the heat conductor layer 2 is connected via an electrical line 10 to the elec trical power supply, which is also connected to the power supply input 8 of the triac 6 . By applying a control voltage to the control input 7 of the triac 6 , the current flowing through the heating conductor layer 2 can be controlled and in this way a desired heating power of the semiconductor layer 2 can be set.

In der schematischen Darstellung in Fig. 1 ist das Halblei terbauelement 6 zur Steuerung der Heizleistung räumlich ge trennt von der als Heizleiterschicht 2 wirkenden Halbleiter schicht 2 angeordnet und durch eine elektrische Leitung 11 über das Kontaktpad 5 mit dieser verbunden. Durch entspre chende Ausgestaltung des Herstellungsprozesses nach Art des Herstellungsprozesses für eine integrierte Schaltung ist es auch möglich, den Leistungshalbleiter 6 integral mit der Heizleiterschicht 2 und dem Kontaktpad 5 herzustellen. Zwi schen elektrisch voneinander zu isolierenden Bauteil-Berei chen können elektrisch isolierende Trennschichten ausgebildet werden. Auf diese Weise kann die Steuereinrichtung 6 in die Heizleiterschicht 2 integriert werden.In the schematic illustration in Fig. 1, the semiconducting is terbauelement 6 spatially ge for controlling the heating power separates from the heat conductor 2 acting as a semiconductor layer 2 and is connected by an electrical line 11 via the contact pad 5 with this. By appropriate design of the manufacturing process according to the type of manufacturing process for an integrated circuit, it is also possible to manufacture the power semiconductor 6 integrally with the heating conductor layer 2 and the contact pad 5 . Electrically insulating separating layers can be formed between component regions which are to be electrically insulated from one another. In this way, the control device 6 can be integrated into the heating conductor layer 2 .

Der Aufbau des in Fig. 2 gezeigten Heizelementes entspricht bezüglich der Heizleiterschicht, den Kontaktpads und den Halbleiterbauelement dem Aufbau des Heizelementes in Fig. 1. Die entsprechenden Elemente sind mit den gleichen Bezugs zeichen bezeichnet. Im Unterschied zu der Anordnung in Fig. 1 ist bei dem Heizelement in Fig. 2 im Bereich der hinteren Längsseite der Heizleiterschicht 2 mittig zwischen dem linken Kontaktpad 4 und dem rechten Kontaktpad 5 auf dem Substrat 3 ein flächiger Temperatursensor 12 aufgebracht. Der Tempera tursensor 12 erzeugt eine temperaturabhängige elektrische Spannung, die zwischen den Anschlüssen 13, 14 des Temperatur sensors 12 anliegt. Die Anschlüsse 13, 14 des Temperatursen sors 12 sind elektrisch leitend mit einer Steuer-/Regelelek tronik 15 verbunden, die ebenfalls auf dem Substrat 3 ange ordnet ist. Die Steuer-/Regelelektronik 15 ist im gezeigten Beispiel nach Art einer integrierten Schaltung aufgebaut. Bei anderen Heizelementen kann die Steuer-/Regelelektronik als Hybridschaltung, SMD-Schaltung oder als diskrete Schaltung ausgestaltet sein. Die Steuer-/Regelelektronik 15 ist über zwei Anschlüsse 16, 17 an eine Leistungsversorgung, bei spielsweise das Haushalts-Stromnetz anschließbar. Ein Ausgang der Elektronik 15 ist über eine elektrische Leitung 20 mit dem linken Kontaktpad 4 verbunden. Ein anderer Ausgang ist elektrisch leitend mit dem Leistungsversorgungseingang 18 des Halbleiterbauelementes 6 verbunden. Ein Steuerausgang der Steuer-/Regelelektronik 15 ist elektrisch leitend mit dem Steuereingang 21 des Halbleiterbauelementes 6 verbunden. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der Temperatur sensor 12 als Meßglied eines elektronischen Regelkreises geschaltet, der die Steuer-/Regelelektronik 15 und den Lei stungshalbleiter 6 umfaßt. Mittels dieser Bauelemente wird der durch die Heizleiterschicht 2 fließende Strom abhängig von der Temperatur des in unmittelbarer Nähe der Heizleiter schicht angeordneten Temperatursensors 12 geregelt.The structure of the heating element shown in FIG. 2 corresponds to the structure of the heating element in FIG. 1 with respect to the heat conductor layer, the contact pads and the semiconductor component. The corresponding elements are identified by the same reference characters. In contrast to the arrangement in FIG. 1, 2 is applied centrally between the left and right contact pad 4 contact pad 5 on the substrate 3 a flat temperature sensor 12 in the region of the rear longitudinal side of the heat conductor layer 2 in the heater element in Fig.. The tempera ture sensor 12 generates a temperature-dependent electrical voltage which is present between the terminals 13 , 14 of the temperature sensor 12 . The connections 13 , 14 of the Temperatursen sensor 12 are electrically conductively connected to a control electronics 15 , which is also arranged on the substrate 3 . In the example shown, the control / regulating electronics 15 are constructed in the manner of an integrated circuit. In the case of other heating elements, the control electronics can be configured as a hybrid circuit, SMD circuit or as a discrete circuit. The control / regulating electronics 15 can be connected to a power supply, for example the household power network, via two connections 16 , 17 . An output of the electronics 15 is connected to the left contact pad 4 via an electrical line 20 . Another output is electrically conductively connected to the power supply input 18 of the semiconductor component 6 . A control output of the control / regulating electronics 15 is electrically conductively connected to the control input 21 of the semiconductor component 6 . In the embodiment shown in FIG. 2, the temperature sensor 12 is connected as a measuring element of an electronic control circuit, which comprises the control / regulating electronics 15 and the power semiconductor 6 . By means of these components, the current flowing through the heating conductor layer 2 is regulated depending on the temperature of the temperature sensor 12 arranged in the immediate vicinity of the heating conductor layer.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des geregelten Heizelementes nur schematisch, um die Verschaltung der Funktionselemente zu verdeutlichen. Zur Verbesserung des Wärmekontaktes zwischen Heizleiter 2 und Temperatursensor 12 kann der Temperatursen sor 12 unter Zwischenschaltung einer elektrisch isolierenden Isolierschicht direkt auf den Heizleiter 2 aufgebracht oder in diesem angeordnet sein. Wie bei der Ausführungsform in Fig. 1 kann der Leistungshalbleiter 6 ebenfalls integral mit der Heizleiterschicht 2 ausgebildet sein. Gleiches gilt für die Funktionselemente der Steuer-/Regelelektronik 15, die ebenfalls integral mit der Heizleiterschicht 2 ausgebildet und nach Art einer integrierten Schaltung aufgebaut sein kann. Fig. 2 shows the structure of the regulated heating element only schematically in order to clarify the connection of the functional elements. To improve the heat contact between the heating conductors 2 and the temperature sensor 12 can Temperatursen sor 12 with the interposition of an electrically insulating insulation layer is applied directly to the heating element 2 or can be arranged therein. As in the embodiment in FIG. 1, the power semiconductor 6 can also be formed integrally with the heating conductor layer 2 . The same applies to the functional elements of the control / regulating electronics 15 , which are likewise formed integrally with the heating conductor layer 2 and can be constructed in the manner of an integrated circuit.

In Fig. 3 ist eine prinzipiell andere Ausführungsform eines Heizelementes gemäß der Erfindung schematisch gezeigt. Das schichtförmige Heizelement 30, das auf einem plattenförmigen keramischen Substrat 31 großflächig aufgebracht ist, weist drei planparallele Schichten aus Halbleitermaterial auf. Das Heizelement 30 ist damit mehrschichtig, im gezeigten Bei spiels sandwichartig aufgebaut. Eine an das Substrat 31 an grenzende erste Schicht 32 aus einem ersten Halbleitermate rial (hier p-dotiertes Silizium) grenzt unter Bildung eines flächenhaften, verlustbehafteten p-n-Überganges an eine zwei te Schicht 33 aus einem zweiten Halbleitermaterial (hier n-dotiertes Silizium) an. Oberhalb der zweiten Schicht 33 ist, unter Bildung eines weiteren verlustbehafteten p-n-Über ganges, eine dritte Schicht 34 aus einem dritten Halbleiter material aufgebracht. Diese dritte Schicht besteht bei der Heizleiterschicht 30 in Fig. 3 aus p-dotiertem Silizium, wo bei die Dotierung der dritten Schicht 34 stärker ist als die Dotierung der ersten Schicht 32. Die Schichtdicke der zweiten Schicht 33 beträgt ca. 0,5 µm, die der ersten und der dritten Schicht 32 bzw. 34 liegt in der Größenordnung von 1 bis 2 µm.In Fig. 3, a fundamentally different embodiment of a heating element according to the invention is shown schematically. The layered heating element 30 , which is applied over a large area to a plate-shaped ceramic substrate 31 , has three plane-parallel layers of semiconductor material. The heating element 30 is thus multi-layered, sandwiched in the example shown. A first layer 32 of a first semiconductor material (here p-doped silicon) adjoining the substrate 31 adjoins a second layer 33 of a second semiconductor material (here n-doped silicon) to form a flat, lossy pn junction . A third layer 34 made of a third semiconductor material is applied above the second layer 33 to form a further lossy pn junction. In the case of the heat conductor layer 30 in FIG. 3, this third layer consists of p-doped silicon, where the doping of the third layer 34 is stronger than the doping of the first layer 32 . The layer thickness of the second layer 33 is approximately 0.5 μm, that of the first and third layers 32 and 34 is of the order of magnitude of 1 to 2 μm.

Die drei Schichten 32, 33, 34 sind durch nicht näher darge stellte, auf den Schichten angebrachte, metallische Kontakt- Elektroden und entsprechende elektrische Leitungen mit elek trischen Anschlüssen 35, 36, 37 elektrisch leitend verbunden und können über diese Anschlüsse an eine elektrische Steuer einrichtung oder eine elektrische Regeleinrichtung ange schlossen werden. Durch die elektrische Steuer- oder Regel einrichtung kann die in Fig. 3 gezeigte Heizleiterschicht 30 nach Art eines Transistors ,derart angesteuert werden, daß die erste Schicht 32 als Kollektor, die zweite Schicht 33 als Basis und die dritte Schicht 34 als Emitter wirkt. Über einen zwischen Emitter 34 und Basis 33 fließenden Basisstrom kann der vom Emitter 34 zum Kollektor 32 fließende Hauptstrom durch die Heizleiterschicht, und damit der wesentliche Bei trag zur Heizleistung der Heizleiterschicht, gesteuert wer den. Die mehrschichtige Halbleiter-Heizschicht 30 ist somit derart ausgebildet, daß der zur Heizung beitragende Strom im wesentlichen senkrecht zur Schicht (und senkrecht zur Sub stratoberfläche) fließt. Dieser sandwichartige Aufbau ist für großflächige Beheizungen, auch für Niederspannungsanwendung besonders geeignet. Dort könnte eine der Kontaktschichten das zu beheizende Bauteil selbst sein. Beispielsweise könnte eine auf der oberen Schicht 34 aufgebaute, mit dem Anschluß 37 verbundene ebene Kontaktschicht eine Metallschicht eines be heizbaren Spiegels sein.The three layers 32 , 33 , 34 are by not shown Darge, attached to the layers, metallic contact electrodes and corresponding electrical lines with elec trical connections 35 , 36 , 37 electrically connected and can be connected to an electrical control device via these connections or an electrical control device can be connected. By means of the electrical control or regulating device, the heating conductor layer 30 shown in FIG. 3 can be controlled in the manner of a transistor in such a way that the first layer 32 acts as a collector, the second layer 33 as a base and the third layer 34 as an emitter. Via a base current flowing between emitter 34 and base 33 , the main current flowing from emitter 34 to collector 32 through the heating conductor layer, and thus the essential contribution to the heating power of the heating conductor layer, can be controlled by who. The multilayer semiconductor heating layer 30 is thus formed such that the current contributing to the heating flows substantially perpendicular to the layer (and perpendicular to the substrate surface). This sandwich-like structure is particularly suitable for large-area heating, also for low-voltage applications. There one of the contact layers could be the component to be heated itself. For example, a planar contact layer built up on the upper layer 34 and connected to the connection 37 could be a metal layer of a heatable mirror.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 erfüllt somit die Heiz leiterschicht 30 mehrere Funktionen. Zum einen wird in der Heizleiterschicht 30 die zur Heizung erforderliche elektri sche Wärme erzeugt. Zum anderen kann die Heizleiterschicht ein Teil der Steuer- oder Regelschaltung sein, die den Heiz strom steuert bzw. regelt. In the embodiment according to FIG. 3, the heating conductor layer 30 thus fulfills several functions. On the one hand, the electrical heat required for heating is generated in the heating conductor layer 30 . On the other hand, the heating conductor layer can be part of the control circuit that controls or regulates the heating current.

Fig. 3 zeigt stark schematisch nur eine Möglichkeit der An ordnung mehrerer Halbleiterschichten in einer Heizleiter schicht gemäß der Erfindung. Ein elektrisch steuerbares Bau element, das gleichzeitig aufgrund seiner Wärmeverluste auch als Heizelement wirkt, kann auch nach Art anderer Halbleiter bauelemente, aufgebaut sein. Beispielsweise kann ein Heizele ment zwei Schichten aufweisen und nach Art einer Diode mit im wesentlichen zwei Betriebszuständen betrieben werden. Es ist auch möglich, eine Heizleiterschicht aus mehr als drei Schichten aufzubauen. Beispielsweise kann eine Heizleiter schicht nach Art eines Thyristors mit vier oder noch mehr Schichten aufgebaut und betrieben werden. Fig. 3 shows highly schematically only one possibility of arranging several semiconductor layers in a heating conductor layer according to the invention. An electrically controllable construction element, which also acts as a heating element due to its heat losses, can also be constructed in the manner of other semiconductor components. For example, a heating element can have two layers and can be operated in the manner of a diode with essentially two operating states. It is also possible to build up a heating conductor layer from more than three layers. For example, a heating conductor layer can be constructed and operated in the manner of a thyristor with four or more layers.

In eine mehrschichtige Halbleiter-Heizschicht der Art, wie sie in Fig. 3 beispielsweise dargestellt ist, können weitere Funktionselemente elektrischer Steuer- und Regelelektronik als Halbleiterbauelemente integriert sein, beispielsweise ein Temperatursensor und/oder ein Leistungshalbleiter.In a multi-layer semiconductor heating layer of the type shown in FIG. 3, for example, further functional elements of electrical control and regulating electronics can be integrated as semiconductor components, for example a temperature sensor and / or a power semiconductor.

In Fig. 4 ist ein Heizelement mit einer Heizleiterschicht 40 gezeigt, die auf einer unregelmäßig gekrümmten Oberfläche 41 eines elektrisch isolierenden Materials aufgebracht ist. Die an zwei gegenüberliegenden Enden der etwa quadratischen Heiz leiterschicht 40 über die gesamte Breite der Enden verlaufen den Kontaktpads 42, 43 sind ebenfalls gekrümmt und elektrisch leitend mit der gekrümmten Heizleiterschicht 40 verbunden. Die Heizleiterschicht 40 besteht, wie die Heizleiterschicht 2 in den Fig. 1 und 2, aus polykristallinem Silizium und hat eine Schichtdicke von ca. 3 µm. Die Kontaktpads 42, 43 haben etwa die gleiche Dicke. Die in Dünnschichttechnik aufgebrach te Heizleiterschicht 40 schmiegt sich problemlos an die ge krümmte Oberfläche 41 großflächig an. Im Mittelbereich der hinteren gezeigten Kante der Oberfläche 41 hat diese einen Krümmungsradius von etwa dem Zehnfachen der Schichtdicke der Heizleiterschicht 40. Heizleiterschichten nach der Erfindung können problemlos auf gekrümmten Oberflächen angebracht wer den, deren Krümmungsradius in der Größenordnung der Schicht dicke liegt und beispielsweise zwischen 10 und 1000 µm betra gen kann. Es können auch schwächer gekrümmte Oberflächen bis hin zu Ebenen beschichtet werden. Die Heizleiterschicht 40 in Fig. 4 ist über die Kontaktpads 42, 43, ähnlich wie die Heizleiterschicht 2 in Fig. 1, elektrisch verschaltet.In FIG. 4 a heating element is shown with a heat-conducting layer 40, which is applied to an irregularly curved surface 41 of an electrically insulating material. The at two opposite ends of the approximately square heating conductor layer 40 over the entire width of the ends of the contact pads 42 , 43 are also curved and electrically conductively connected to the curved heating conductor layer 40 . The heating conductor layer 40 , like the heating conductor layer 2 in FIGS. 1 and 2, consists of polycrystalline silicon and has a layer thickness of approximately 3 μm. The contact pads 42 , 43 have approximately the same thickness. The heating conductor layer 40 applied in thin-film technology nestles smoothly against the curved surface 41 over a large area. In the central region of the rear edge of the surface 41 shown , it has a radius of curvature of approximately ten times the layer thickness of the heat conductor layer 40 . Heat conductor layers according to the invention can be easily applied to curved surfaces, the radius of curvature of which is in the order of the thickness of the layer and can be between 10 and 1000 μm, for example. Slightly curved surfaces down to levels can also be coated. The heating conductor layer 40 in FIG. 4 is electrically connected via the contact pads 42 , 43 , similarly to the heating conductor layer 2 in FIG. 1.

In Fig. 5 ist ein dünnwandiges Keramikrohr 50 aus Aluminium oxid gezeigt, dessen äußere Oberfläche in einem axialen Ab schnitt mit einer Heizleiterschicht 51 aus polykristallinem Silizium derart ummantelt ist, daß die Heizleiterschicht 51 in Umfangsrichtung des Keramikrohres 50 auf ihrer gesamten axialen Länge geschlossen ist. Die Heizleiterschicht 51 bil det selbst einen rohrförmigen Körper mit rundem Querschnitt, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Keramikroh res 50 entspricht. An beiden axialen Enden der Heizleiter schicht 51 sind ringförmige Kontaktpads 52, 53 auf das Heiz leiterschicht-Rohr aufgedampft. Der Heizstrom durch die Heizleiterschicht 51 fließt im wesentlichen in axialer Rich tung zwischen den mit den Kontakten 52, 53 beschichteten Enden.In Fig. 5, a thin-walled ceramic tube 50 made of aluminum oxide is shown, the outer surface of which is covered in an axial section with a heating conductor layer 51 made of polycrystalline silicon such that the heating conductor layer 51 is closed in the circumferential direction of the ceramic tube 50 over its entire axial length. The heating conductor layer 51 itself forms a tubular body with a round cross section, the inside diameter of which corresponds to the outside diameter of the ceramic tube 50 . At both axial ends of the heating conductor layer 51 , annular contact pads 52 , 53 are evaporated onto the heating conductor layer tube. The heating current through the heating conductor layer 51 flows essentially in the axial direction between the ends coated with the contacts 52 , 53 .

Das Heizelement in Fig. 5 ist nicht maßstabsgerecht darge stellt. Die Schichtdicke der Polysilizium-Schicht 51 beträgt einige Mikrometer und entspricht etwa der radialen Dicke der Kontaktpads 52, 53. Die Dicke der Rohrwandung 50 kann in der gleichen Größenordnung liegen, sie kann aber auch um Größen ordnungen größer sein und beispielsweise zwischen 100 und 1000 µm betragen. In einer Dimension geschlossene Heizleiter schichten der in Fig. 5 gezeigten Art können vorteilhaft bei Durchlauferhitzern eingesetzt werden, bei denen durch das Rohr 50 ein zu beheizendes, vorzugsweise flüssiges Medium, beispielsweise Wasser, fließt. Mit erfindungsgemäßen Heizlei terschichten lassen sich Durchlauferhitzer zweckmäßig minia turisieren, wodurch neue Anwendungsfelder erschlossen werden können. Es ist noch zu erwähnen, daß die Kontaktpads 52, 53, ähnlich wie die Kontaktpads in den Fig. 1 bis 4, an elek trische Steuer- und/oder Regeleinrichtungen angeschlossen werden können.The heating element in FIG. 5 is not to scale Darge. The layer thickness of the polysilicon layer 51 is a few micrometers and corresponds approximately to the radial thickness of the contact pads 52 , 53 . The thickness of the tube wall 50 can be of the same order of magnitude, but it can also be orders of magnitude larger and, for example, between 100 and 1000 microns. Heating conductor layers of the type shown in FIG. 5 which are closed in one dimension can advantageously be used in continuous flow heaters in which a preferably liquid medium, for example water, to be heated flows through the tube 50 . With heater layers according to the invention, instantaneous water heaters can usefully be miniaturized, as a result of which new fields of application can be opened up. It should also be mentioned that the contact pads 52 , 53 , similar to the contact pads in FIGS . 1 to 4, can be connected to electrical control and / or regulating devices.

Ein Fachmann wird ohne weiteres für die jeweilige Anwendung geeignete Schichtgeometrien, Schichtaufbauten und Schaltungen erkennen, mit denen erfindungsgemäße Heizleiterschichten aus Halbleitermaterial vorteilhaft eingesetzt werden können.One skilled in the art will readily become familiar with the particular application suitable layer geometries, layer structures and circuits recognize with which heating conductor layers according to the invention Semiconductor material can be used advantageously.

Claims

1. heating element ( 1 ) for generating electrical heat with at least one for the electrical connection to at least two electrical contacts ( 4 , 5 ; 35 , 36 , 37 ; 42 , 43 ; 52 , 53 ) provided heating conductor layer ( 2 ; 30 ; 40 ; 51 ), characterized in that the heating conductor layer consists essentially of semiconductor material.

2. Heating element according to claim 1, characterized in that the heating conductor layer ( 2 ; 30 ; 40 ; 51 ) is produced by means of a thin-film process, in particular by chemical vapor deposition (Chemical Vapor Deposition, CVD).

3. Heating element according to claim 1 or 2, characterized in that the heating conductor layer ( 2 ; 30 ; 40 ; 51 ) is arranged on a substrate ( 3 ; 31 ; 41 ; 50 ) made of electrically insulating material, the substrate ( 3 ; 31 ; 50 ) preferably consists of ceramic material.

4. Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor layer ( 40 ; 51 ) is at least partially curved and / or at least partially has steps.

5. Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor layer ( 51 ) is closed in at least one dimension.

6. Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor layer ( 2 ; 30 ; 40 ; 51 ) has a lateral dimension which is greater than 1 mm in at least one direction, the lateral dimension preferably being between 10 mm and is 300 mm.

7. Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor layer ( 2 ; 30 ; 40 ; 51 ) at least in regions, preferably completely, a layer thickness between 0.1 µm and 5 µm, in particular between 2 µm and 4 µm, preferably of about 3 µm.

8. Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor layer ( 2 ; 40 ; 51 ) consists essentially of silicon, in particular polycrystalline silicon.

9. Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor layer ( 30 ) consists essentially of doped n-conducting or p-conducting the semiconductor material.

10. Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor layer ( 2 ; 40 ; 51 ) has a temperature coefficient of electrical resistance between 10 and approximately 2000 ppm / ° C, preferably between 500 and 1500 ppm / ° C, especially of approx. 900 ppm / ° C.

11. Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting layer to an electrical control device (6) or to an electrical control device (6, 15) is connected.

12. Heating element according to claim 11, characterized in that the control device or the regulating device in the heating conductor layer is integrated.

13. Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that close to the heat conductor layer ( 2 ) or in contact with the Heizlei terschicht ( 2 ) at least one sensor, preferably a temperature sensor ( 12 ), is arranged, the sensor preferably as Measuring element of an electronic control circuit is switched.

14. Heating element according to claim 13, characterized in that the sensor is integrated in the heating conductor layer.

15. Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the heating conductor layer be richly in the manner of an integrated circuit is built.

16. Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the heating element at least at least one insulating layer made of elec trically insulating material.

17. Heating element according to claim 16, characterized in that the insulating layer consists essentially of silicon oxide consists.

18. Heating element according to claim 16 or 17, characterized records that the insulating layer by low temperature turoxidation (LTO) is made.

19. Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the heat conductor layer ( 30 ) has a first layer ( 32 ) made of a first semiconductor material and at least one second layer ( 33 , 34 ) made of a second semiconductor material electrically different from the first semiconductor material has, the first layer and the second layer adjoining one another to form a planar pn junction.

20. Heating element according to claim 19, characterized in that the heating conductor layer ( 30 ) has at least one to the first layer or to the second layer ( 33 ) to form a planar pn junction adjacent third layer ( 34 ) made of a third semiconductor material which differs electrically from the semiconductor material of the adjacent layer.

21. Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that at least two of the electri contacts as areal contact layers are formed and that the heating conductor layer between two the contact layers is arranged that a Current flow through the heating conductor layer at least be richly essentially perpendicular to the heating conductor layer, especially perpendicular to the surface of the sub strats, is directed.

22. Using an essentially semiconductor material existing, for electrical connection to at least two electrical contacts provided semiconductor layer as a heating conductor layer of a heating element for generation of electrical heat.

23. Use according to claim 22, characterized in that the semiconductor layer on a substrate made of electrical insulating material is applied and that the half conductor layer for heating the substrate or for loading heating a thermally conductively connected to the substrate Component is used.

4. Use according to claim 22 or 23, characterized records that the semiconductor layer according to one of the Claims 1 to 20 is constructed.