DE2056582A1

DE2056582A1 - Dunnfilmwiderstand

Info

Publication number: DE2056582A1
Application number: DE19702056582
Authority: DE
Inventors: Martin Bnxham South Devon Tarr (Großbritannien)
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1969-11-25
Filing date: 1970-11-17
Publication date: 1971-05-27
Also published as: GB1267107A; ES385851A1

Description

Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul
Stuttgart

Case: M.Tarr -1

International Standard Electric Corporation, New York

Dünnfilmwiderstand

Die Erfindung bezieht sich Dünnfilmwiderstände, welche einen großen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes haben. Solche Widerstände werden allgemein als Thermistoren bezeichnet und dieser Ausdruck wird auch in der vorliegenden Beschreibung verwendet. Unter Dünnfilmwiderständen sollen solche Widerstände verstanden werden, bei denen die Elektroden oder die dielektrischen Überzüge auf einer Unterlage in einer Dicke angeordnet sind, die von den geforderten Eigenschaften abhängt und welche sich in der Größenordnung von einigen hundert bis einigen tausend Ä bewegt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Dünnfilmthermistoren von gleicher Art und Herstellungsweise wie die Dünnfilmkondensatoren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Dünnfilmthermistor so aufgebaut, daß er eine Basiselektrode und einen Anschlußstreifen besitzt, welche auf einer inerten Unterlage aus isolierendem Material angeordnet sind, ferner eine Schicht aus Thermistormaterial, das auf der Basiselektrode niedergeschlagen ist und eine Deckelektrode,

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die auf dem Thermistormaterial niedergeschlagen ist, sowie einen weiteren Anschlußstreifen, der auf der Unterlage niedergeschlagen ist und mit der Deckelektrode in Kontakt steht.

Die Erfindung soll anhand der Figuren näher beschrieben werden.

Figur 1 zeigt eine teilweise Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung mit den verschiedenen Dünnfilmschichten.

Figur 2 zeigt eine Abwandlung der Anordnung von Figur 1.

Figur 3 zeigt ein Fließbild für die hauptsächlichen Herstellungsschritte tür die Ausführungsformen der Erfindung.

In Figur 1 ist mit 1 ein Teil einer Unterlage aus Glas oder Aluminiumoxid dargestellt, das eine feine Oberflächenstruktur besitzt. Die vollständige Unterlage ist beispielsweise 50 mm lang und 2 5 mm breit und hat eine Dicke von 0,2 5 mm. Eine Unterlage von solcher Größe enthält 100 Vorrichtungen mit dem Muster wie es in Figur 1 dargestellt ist (ohne den Anschlußstreifen ¹O. Ein Paar von Gold-Chromanschlußstreifen 2 und 3 endet bei A bzw. B in Leiterstreifen, welche rechtwinkelig zueinander verlaufen. Die drahtförmigen oder bandförmigen Zuleitungen U wurden mit den breitflächigen Teilen der Anschlußstreifen verbunden, nachdem die einzelnen^weiter unten beschriebenen Verfahrensschritte ausgeführt wurden und die Unterlage in einzelne Teilvorrichtungen zerbrochen wurde. Eine Basiselektrode 5 von Chrom-Silber von etwa 1 000 A* Dicke erstreckt sich in rechteckiger Form von c nach D und bedeckt

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oder wird bedeckt von den Anschlußstreifen 3 in den Gebieten B und C. Eine 3 000 A¹ dicke Schicht 6 von einem gemischten Metalloxid mit einer Zusammensetzung, wie sie üblicherweise für Thermistoren verwendet wird, bedeckt die Basiselektrode 5 mit Ausnahme der Kontaktzone mit dem Anschlußstreifen 3. Die Schicht aus Thermistormaterial erstreckt sich über die ganze Breite des rechteckigen Gebietes B, D. Die Deckelektrode 7, welche über dem Thermistormaterial liegt, erstreckt sich als längliches Rechteck von E nach F und überkreuzt die Basiselektrode 5 in rechtem Winkel. Es liegt daher eine relativ kleine Zone von Thermistormaterial direkt zwischen der Basiselektrode und der Deckelektrode. Ein geringer Strom fließt durch das Thermistormaterial nicht direkt zwischen der Deckelektrode und der Basiselektrode und da die Stromdichte in dem Thermistormaterial den Temperaturanstieg und damit seinen Widerstand bestimmt, hat das Thermistormaterial, das nicht direkt zwischen der Basiselektrode und der Deckelektrode liegt, nur einen sehr kleinen Einfluß auf die Eigenschaften der Vorrichtung.

Um eine Justierung'des Thermistors zu erleichtern kann die Basiselektrode auch die abgewandelte Form haben, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, wobei die Basiselektrode 8 kammförmig mit einer großen Anzahl von schmalen Zähnen ausgebildet ist und sich über ein viel größeres Flächengebiet erstreckt als im Falle von Figur 1. Die Thermistorschicht 6 erstreckt sich vorzugsweise nicht bis zum Ende dieser Zähne, so daß zur Justierung einer oder mehrere der Zähne von dem elektrischen Kontakt mit dem Anschlußstreifen 3 isoliert werden können, ohne daß das Thermistormaterial entfernt wird. Es kann aber auch die Basiselektrode die Form eines kontinuierlichen Mäanders haben, der mehrfach das Gebiet überkreuzt, das von der Deckelektrode 7 bedeckt wird, so daß eine Justierung dadurch erfolgen kann, daß einer oder mehrere Kreuzungsstellen isoliert werden.

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Es soll nunmehr das typische Herstellungsverfahren und die Abänderungen des Materials der Elektroden anhand des Fließ bildes von Figur 3 erläutert werden.

Zuerst wird die Unterlage behandelt, um eine reine und inerte Oberfläche zu erzielen. Eine Charge von Unterlagen wird danach in eine Aufdampfkammer gebracht, wo die Anschlußstreifen durch Aufdampfen oder anderes Aufbringen einer Chromschicht erzeugt werden, welche mit einer Goldschicht bedeckt wird, so daß sich durch Diffusion eine Zwischenschicht aus Gold und Chrom ergibt. Um eine gute Lötfähigkeit für die Anschlußdrähte von Figur 1 zu erzielen, soll die äußere Schicht der Anschlußstreifen aus reinem Gold in einer Dicke von einigen 1 000 A* bestehen. Danach wird die Basiselektrode aufgebracht. Dies geschieht durch aufeinanderfolgendes Niederschlagen von Chrom und Silber, aber es ist nicht nötig, den Vorgang so weit fortzusetzen, daß die Oberfläche aus reinem Silber besteht. Vergleichsweise beträgt z.B. der Widerstand der An-

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schlußstreifen 0,008 Ohm/cm und der Widerstand der Basiselek-

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trode 1 0,16 Ohm/cm . Zur Herstellung einer Basiselektrode wie sie in Figur 1 dargestellt ist, kann der Niederschlagsprozess in der gleichen Kammer ausgeführt werden, wie für die Anschlußstreifen, jedoch wird in der Praxis meist eine getrennte Kammer verwendet. Weiter ist es erwünscht, daß die Basiselektrode vor den Anschlußstreifen erzeugt wird. Für die Ausführungsform nach Figur 2 kann anstelle der Verwendung einer geraden Maske (die nicht in Kontakt mit der Unterlage steht) um die Niederschlagsgebiete für die Basiselektrode zu definieren, auch eine übliche direkt aufgebrachte photolitographische Maskierungsmethode verwendet werden, wobei die Zusammensetzung der erhaltenen Basiselektrode die gleiche ist, wie oben beschrieben.

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Anstelle der Verwendung von Chrom als Grundschicht für die Basiselektrode ist es auch möglich, diese Schicht aus Mangan herzustellen, während die Deckschicht bei jeder dieser Schichten aus Gold oder Nickel anstelle von Silber bestehen kann, obwohl Silber zu bevorzugen ist.

Der nächste Verfahrensschritt besteht in dem Aufbringen der Thermistorschicht 6 von Figur 1. Die Unterlage wird in die Kammer einer Kathodenzerstäubungsvorrichtung eingebracht, vorzugsweise in eine solche vom Triodentyp mit niedrigem Zerstäubungsdruck, wie sie beispielsweise in der britischen Patentschrift 1 104 770, beschrieben ist. Es wird hier eine Abstäubungselektrode aus Thermistormaterial verwendet, beispielsweise eine solche, welche im Verhältnis von 5:1 aus besteht, welche durch Erhitzen auf hohe Tempera₂₃
turen von etwa 1 200°C stabilisiert wurde. Als Zerstäubungsgas wird Argon verwendet, bei einem Druck von 0,4 χ 10

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bis 2,0 χ 10 mm Hg, unter Verwendung einer Niederschlagsrate von 20 bis 40 R/Minute. Es können verschiedene Arten von Thermistormaterial mit negativem Temperatürkoeffizienten verwendet werden. Die niedergeschlagene Schicht ist amorph und nominal 3 000 8 dick. Dem Argongas kann Wasserstoff und Sauerstoff zugesetzt werden, um das stöchiometrische Verhältnis zu steuern. Im Prinzip kann auch ein Thermistormaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten verwendet werden, jedoch muß das NiederSchlagsverfahren bei tieferen Temperaturen ausgeführt werden, um einen Aufheizprozess zu vermeiden, wodurch das Thermistormaterial isolierend bleibt. Es ist leichter das Thermistormaterial kühl zu halten, wenn ein Aufstäubungsverfahren mit Radiofrequenz verwendet wird, jedoch für Material mit negativem Temperaturkoeffizienten ist das in der erwähnten britischen Patentschrift 1 104 770 beschriebene Verfahren geeignet und zu empfehlen.

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Nach dem Aufbringen der Thermistorschicht wird die Gegenelektrode aufgebracht. Dies geschieht in der gleichen Aufdampfapparatur j wie sie zum Niederschlagen der Basiselektrode verwendet wird, jedoch wird das Chrom weggelassen und eine Elektrode aus reinem Silber mit einer nominellen Dicke von

1 000 A auf die kalte Unterlage niedergeschlagen.

Die beschichtete Unterlage kann dann einer Temperung im Vakuum oder in Luft unterworfen werden, um die Thermistorschicht zu stabilisieren, wobei dieser Temperungsprozess vorzugsweise nach dem Aufbringen der Gegenelektrode durchgeführt wird.

Die thermistoren sind nun fertig zum Einstellen ihres Nennwiderstandes. Dies geschieht durch Entfernen oder Isolieren von Teilen der Gegenelektroden durch Mikrogravierung in der gleichen Weise wie dies bei der Herstellung von -Dünnfilmkondensatoren geschieht.

Eine Schutzschicht aus Siliziummonoxid kann in üblicher Weise auf der Oberfläche des Thermistors niedergeschlagen werden mit Ausnahme der Flächenteile der Anschlußstreifen

2 und 3 von Figur 1, die mit gestrichelten Linien umrandet sind und an die die Anschlüsse 4 angelötet werden. Die Unterlage wird dann unterteilt, um einzelne Thermistoren zu erhalten, an denen die Anschlüsse U angebracht werden.

Anstelle der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen gut leitfähigen Flächenteile aus Gold und Chrom kann hierfür auch anderes Material verwendet werden, wie es für die Basiselektrode beschrieben ist. Nach den gegenwärtigen Kenntnissen ist jedoch eine Schicht aus Silber oder Chrom als Unterlage vorzuziehen.

Anlage:

7 Patentansprüche

3 Bl. Zeichnungen 109822/1322 1 Verzeichnis der

Bezugszeichen

Claims

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Patentansprüche

Dünnfilmthermistor, dadurch gekennzeichnet , daß auf einer Unterlage (1) aus inertem, isolierendem Material eine Basiselektrode (5, 8) angeordnet ist, die mit einem ersten Anschlußstreifen (3) in Kontakt steht, daß auf der Basiselektrode eine Schicht(6) aus Thermistormaterial angeordnet ist, daß eine Deckelektrode (7) auf dem Thermistormaterial angeordnet ist und daß ein weiterer Anschlußstreifen (2) auf der Unterlage angeordnet ist, der mit der Deckelektrode in Kontakt steht.
2.) Dünnfilmthermistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Basiselektrode (5) die Form eines länglichen Rechtecks hat, daß das Thermistormaterial (6) den größten Teil der Länge des Rechtecks bedeckt und sich in der Breite über dieses Rechteck hinaus erstreckt, daß die Deckelektrode (7) die gleiche Form hat wie die Basiselektrode, jedoch eine solche Lage, daß sie die Basiselektrode überkreuzt, so daß nur ein relativ kleiner Flächenteil des Thermistormaterials (6) direkt zwischen der Basiselektrode und der Deckelektrode liegt.
3.) Dünnfilmthermistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Basiselektrode (5, 8) und Deckelektrode (7) mehrere Öberkreuzungsstellen gebildet sind. (Figur 2)
4.) Dünnfilmthermistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode (8) die Form eines Kammes hat und die Deckelektrode (7) die Zähne des Kammes Überkreuzt.

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5.) Dünnfilmthermistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode (8) die Form eines Mäanders hat, der von der Deckelektrode (7) senkrecht überkreuzt ist.
6.) Dünnfilmthermistor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtenanordnung mit Ausnahme der Anschlußflächen der Anschlußstreifen (2,3) mit einer Schicht aus Siliziumoxid bedeckt ist.
7.) Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmthermistors nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer gereinigten inerten Unterlage (1) aus Isoliermaterial ein Paar von Anschlußstreifen (2, 3) getrennt voneinander durch Aufstäuben oder Aufdampfen von Metall aufgebracht wird, daß mit Hilfe einer Maske oder der Photoätztechnik eine Basiselektrode (5, 8) auf einem ausgedehnten und relativ schmalen Pfad unter Kontaktierung des einen Anschlußstreifens (3), jedoch in Abstand von dem anderen Anschlußstreifen (2) aufgebracht wird, daß Thermistormaterial (6) so aufgestäubt wird, daß die Basiselektrode (5, 8) mit Ausnahme des Teiles, der sich an den Anschlußstreifen (3) anschließt, bedeckt wird und daß durch Zerstäuben oder Aufdampfen eine Deckelektrode (7) in Form eines relativ schmalen Streifens aufgebracht wird, der den Streifen der Basiselektrode (5, 8) überkreuzt und sich bis zum Kontakt mit dem anderen Anschlußstreifen (2) erstreckt.

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8.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermistorschicht (6) einem Temperungsprozess im Vakuum oder in Luft unterworfen wird.
9.) Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Nennwiderstandes des Thermistors Teile der Basiselektrode (5, 8) von der übrigen Basiselektrode isoliert werden.