DE2147028A1

DE2147028A1 - Ferroelektrische Vorrichtung und Ver fahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2147028A1
Application number: DE19712147028
Authority: DE
Inventors: George A Sau It Ste Marie Mich Rohrer (V St A )
Original assignee: Technovation Inc
Current assignee: Technovation Inc
Priority date: 1970-09-28
Filing date: 1971-09-21
Publication date: 1972-04-06
Also published as: NL7113279A; GB1325961A; FR2108045A1; JPS5244181B1; US3728694A; CA951436A; FR2108045B1

Description

PATENTANWALT DIPL-INQ. JOACHIM STHASSE

HANAU · ROMERSTR. 19 · POSTFACH 79S · TEL-*U8O3 · TtLKQRAMME: HANAUPATENT · TELEX-. 4 184782 pal

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TECHI.OVATIO::, Ine .

3o63 Colony Drive

Grosse He, Michigan 4Ö138 2o. September 1971

U.r..... Zo/Nie - Io 655

Ferroelektrische Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Die vorliogende Erfindung bezieht sich auf eine ferroelektrisclie Vorrichtung und ein Verfahren für die Herstellung dieser forroelektrischen Vorrichtung.

Bekannte ferroelektrische Stoffe zeichnen sich durch eine außergewöhnlich hohe Dielektrizitätskonstante aus und sind permanent polarisierbnr. Die Richtung der Polarisation ist beispielsweise beim Quarz durch die "ristallachsen gegeben} beim IJarium-Titanat wird sie durch die Kichtung eines elektrischen Abkühl-Feldes festgelegt. Da die ferroelektrischen Stoffe piezoelektrisch sind, finden sie in Meßvorrichtungen und Priizisioiisgernten, die mit hoher Frequenzgenauigkeit arbeiten müssen, als Schwinger technische Anwendung.

Ea ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine forroeloktrischc Vorrichtung zu schaffen, die als diiitnfiliniges Dielektrikum schnelle Schaltzeiten ermöglicht und in Form von

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BAD

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Kondensator-Speicherzellen in Komputern eingesetzt wird. Des weiteren ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellung einer dünnfilmigen, im Hochvakuum aufgedampften ferroelektrischen Zelle mit einer Schicht aus Kaliumnitrat der Phase III zu ermöglichen, welche bei üblichen Raumtemperaturen und Atmosphärendruck stabil ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer ferroelektrischen Vorrichtung dadurch gelöst, daß eine ferroelektrische Kaliumnitratschicht eine Dicke von weniger als Ho Mikron aufweist und daß elektrische Kontakte an vorgegebenen Oberflächenstellen ψ der ferroelektrischen Kaliumnitratschicht angeordnet sind.

Die Dicke der ferroelektrischen Kaliumnitratschicht liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von loo bis looo Angström-Einheiten. Zumindest einer der elektrischen Kontakte umfaßt eine Elektrode, welche aus einem metallischen Material besteht, das zumindest etwas Aluminium enthält. Ferner kann die ferroelektrische Kaliumnitratschicht eine Dicke von weniger als 1 Mikron aufweisen und aus einem Kaliumnitrat der Phase III bestehen, welches bei Raumtemperatur und bei atmosphärischem Druck stabil ist.

^ In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht der eloktrisehe Kontakt aus einem Material, welches zumindest etwas Silber aufweist und ist der andere elektrische Kontakt aus einem Material gebildet, welches zumindest etwas Aluminium beinhaltet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für die Herstellung der ferroelektrischen Vorrichtung wird ein erster elektrischer Kontakt gebildet, wobei zumindest über einen Teil dieses elektrischen Kontakts eine Schicht aus Kaliumnitrat aufgebracht wird, ferner wird die Schicht aus Kaliumnitrat durch Spülen mit einem kalten, trockenen Gas ohne Abschrecken gokühlt, um eine stabile Schicht aus ferroelektrischom Kaliuwnitriit zu

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erhalten, und schließlich wird ein zweiter elektrischer Kontakt über zumindest einen Teil der stabilen Schicht aus ferroelektrischem 1 aliumnitrat gebildet.

Die Kaliumnitrntschicht wird in bevorzugter Weise über zumindest einen Teil des ersten elektrischen Kontaktes durch Vakuumbedampfung mit flüssigem Kaliumnitrat innerhalb einer Vakuumkammer xmd bei einem Druck nicht größer als Io tmn Quecksilbersäule gebildet. Die Kühlung der Kaliunmitratschicht erfolgt forner durch Spülen mit einem kalten trockenen Stickstoffgas hai einem Druck von ungefähr einer Atmosphäre.

In weiterer Ausführung des Verfahrens wird zuerst die aliuranitratschicht über den ersten elektrischen Kontakt ausgebildet, wobei das Kaliumnitrat vom pulverförmigen Zustand in den flüssigen Zustand durch langsames Erhöhen der Temperatur für eine Zeit von veniger als 1 Stunde umgewandelt wird. Die Umwandlung des pulverförmigen Kaliunmitrats in flüssiges Kaliumnitrat erfolgt bevorzugt durch Erhitzen mit Hilfe von Wärmestrahlung.

'.Vo i to rc Einzelheiten der Erfindung werden anhand der zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

E s ze i gen ί

Fite. 1 eine charakteristische elektrische Ilysteresisschloife 4er Polarisation in Abhängigkeit von dom elektrischen Feld,

Fig. 2 eine Einheitszelle des Kaliumnitrats der Phase III,

Fig. 3 ein Temporatur-Druckzustandsdiagramti des I aliuninitrats,

Fig. k eine ferroelektrischo Kondensntorspeicherzelle als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

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Fig. 5A, 5B und 5C verschiedene Verfahrensschritte bei der Bildung der Niederschlagsschichton der ferroelektrischen Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 in schematischer Darstellung die für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehene Vakuumanlage,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Temperaturreglers, der

bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird,

k Fig. 8 Schaltkurven einer erfindungsgemäßen ferroelektri-

schen Vorrichtung,

Fig. 9 Kurven der Schaltgeschwindigkeit in Abhängigkeit

von dem an die ferroelektrischen Vorrichtungen angelegten elektrischen Feld,

Fig. Io ein eelbetheilendes Phänomen, welches während der erfindungsgeinäßen Entwicklungsarbeiten festgestellt wurde,

Fig. 11 ein nicht herkömmliches Kristallbild des Kaliumnitrats, welches während der erfindungsgemäßen ψ Entwicklungsarbeiten entdeckt wurde,

Fig. 12 eine Darstellung der Dichte in Abhängigkeit von der Dicke für Aluminium,

Fig. 13 die Energie in Abhängigkeit von der stabilen

Ionstellung innerhalb der Kaliumnitrat-Einheitszelle, wobei sich das Ion in der X-Y-Ebene befindet,

Fig. Ik die Energie in Abhängigkeit von der stabilen Ionstellung innerhalb der Kaliuinnitrat-Einheitszelle, wobei sich das Ion etwas außerhalb der X-Y-Ebene befindet,

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Fig. 15 die Energie in Abhängigkeit von der stabilen Ionstellung innerhalb der Kaliumnitrat-Einheitezelle, wobei das Ion noch weiter außerhalb der X-Y-Ebene wie in Fig. 14 liegt,

Fig. 16 einen elektrischen Schaltkreis, der angewandt wird, um die Ilysteresisschlexfe der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Vorrichtung zu erhalten,

Fig. 17 eine kleine Hysteresisschleife, die bei der Prüfung einer erfindungsgemäßen ferroelektrischen Vorrichtung auftritt und

Fif. Io einen elektrischen Stromkreis zur Aufzeichnung der Schalteigenschaften der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Vorrichtung.

üisvoi· noch näher die Figuren beschrieben werden, bedarf zunächst der Ausdruck "ferroelektrisch¹¹, der eine unter Uniständen irreführende Bezeichnung darstellt, einer näheren Erläuterung, da in vielen ferroelektrischen Materialien gar keine Ferro-Werkstoffe vorhanden sind. Die Bezeichnung "ferroelektrisch" ist jedoch insofern angebracht, da das Phänomen der ferroelektrischen Materialien analog zu dem der Ferromagnetika ist.

Die folgende Tabelle I zeigt diese Analogie zwischen den Ferromagnetika und den ferroelektrischen Materialien auf.

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«AD

Tabelle Ferromagnetika ferroelektrische Materialien

Ferromagnetische Materialien Ferroelektrische Materialien

zeigen eine spontane magne- zeigen eine spontane elektri-

tieche Polarisation infolge sehe Polarisation infolge einer

einer Ausrichtung der Magnet- Ausrichtung der ionischen Di-

dipole. pole.

Weißsche Bezirke, Elektrische Bezirke,

Ausrichtung, Ausrichtung,

Nebenachse, Nebenachse,

Hauptachse, Hauptachse,

magnetische Ilysteresisschlei- elektrische Hystoresisschleife

fe (Magnetisierung) B über (Polarisation) P über äußerein

äußerem Magnetfeld H. elektrischem Feld E.

ferroelektrisches Material zeigt ein elektrisches Netto-Dipoluioinent, d. h. in. ferroeloktrischen Zustand dos Materials sind die Zentren der positiven und negativen Ladung nicht in 'oinzidenz. Drei Bedingungen müssen von einem kristallinen Material erfüllt sein, um Ferroelektrizität zu besitzen.

1. Das Material muß einen Phasenübergang von einer polaren zu einer nicht-polaren Struktur aufweisen oder zumindest muß es mit steigender Temperatur zu einem derartigen Übergang neigen.

2. Die Polarphase muß eine spontane Polarisation zulassen, d. h. daß die Einhei tszelle ein Dipolinoment besitzen muß, welches nicht allein auf die Raumanordnung aufgrund eines derartigen Moments zurückzuführen ist.

3. Die Richtung der spontanen Polarisation muß durch ein angelegtes elektrisches Feld umkehrbar sein, wobei diese Bedingung die wichtigste von allen drei Bedingungen ist.

Einen charakteristischen Zusammenhang zwischen der Polarisation und dem elektrischen Feld zeigt Fig. 1, wobei es sich um

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eine elektrische Hysteresisschleife handelt, die annlog zu einer magnetischen Hysteresisschleife aufgebaut ist. Das elektrische TeId E , welches der Polarisation Ivull entspricht, wird als Koerzitiv-Ield bezeichnet. Ungleich einem üblichen Dielektrikum, welches in Fig. 1 durch die gestrichelte Gerade dargestellt ist, weist die Polarisation für ein elektrisches Nullfold nicht den Wert Null auf, sondern die sogenannte Rentanenz- oder Spontan-Polarisation P„. Diese Remanenz-Polarisation hängt von der Richtung des zuvor angelegten Feldes ab und kann entweder P., odor -P., sein, je nach der Richtung des zuletzt aufgebrachten Feldes. Es gibt zwei wohldefinierte Zustande für das I'aterinl, die in Fig. 1 durch die Punkte Λ und B charakterisiert sind. Diese liaterialien sind gut geeignet als binäre .Schaltelemente. Die Hysteresisschleife kann aufgrund der Annahme von Bezirken bestimmter elektrischer Eigenschaften, ähnlich der Vein'sehen Bezirke bei Ferromagnetikn, erklärt werden. Ferroelektrische Kristalle umfassen im allgemeinen Vielfachzwillinge. In jedem Zwilling ist die spontane Polarisation entlang einer spezifischen kristallographischen Richtung möglich. Da jedoch die Zwillinge in zueinander unterschiedlichen Winkeln bezüglich ihrer kristallographischen Richtungen ausgerichtet sind, weist die Polarisation benachbarter Zwillinge unterschiedliche Richtungen auf. Diese Einzelbereiche werden ferroelektrische Bezirke genannt. Zunächst sei angenommen, daß das >iaterinl in Fig. 1 den ferroelektrischen Zustand Null besitzt. Ks gibt keine nach außen wirksame Polarisation in dem Material, und es wird kein elektrisches Feld aufgebracht. In diesem Zustand sind die Bezirke vollständig regellos und willkürlich orientiert. Bei einem Anstieg des elektrischen Feldes in positiver Richtung wird die Anzahl der positiven Bezirke auf Kosten der negativen Bezirke erhöht. Die Bezirke werden in Richtung des angelegten Feldes ausgerichtet, wodurch sie dieses Feld verstärken und zu einem weiteren Anstieg der Anzahl der positiven Bezirke beitragen. Mit einem fortschreitenden Ansteigen der Feldstärke wird ein Zustand erreicht, in welchen die Polarisation den Si; tti pingswert C besitzt, bei

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den alle Bezirke in Richtung des angelegten Feldes ausgerichtet sind. Bei diesem Vorgang handelt es sich um die Anfangspolarisation, die durch den Verlauf der Neu- oder Nullkurve von Null bis C dargestellt iet. Wird dns Feld wieder auf Null reduziert, bleiben einige Bezirke weiterhin ausgerichtet, wodurch sich eine nach außenhin wirksame Polarisation D ergibt. Durch das Anlegen eines elektrischen Feldes gleicher Stärke und entgegengesetzter Richtung wird ein umgekehrtes Wachstum der Bezirke bis zu einer neuerlichen Sättigung erreicht. Dieser Vorgang wird durch den Kurventeil von B nach D dargestellt. Eine Zurückführung des Feldes auf den Wert Null läßt das Material in dem Zustand A mit der Heraanenz-Polarisation ""*'·}* ^^e fortgesetzte Anwendung von positiven und negativen Feldern ergibt die Schleife A-C-D-D-A. Verschiedene ferroelektrische Materialien wurden bezüglich ihrer Eigenschaften für die Datenspeicherung untersucht. Obwohl viele Materialien ferroelektrieches Verhalten besitzen, sind die bevorzugten Materialien für die Speicherung von Daten Bariumtitanat, Kaliumdihydrogenphosphat, Triglyzerinsulfat und Kaliumnitrat der Phase III. Die Kaliumnitrate der Phase III zeigen eine genau definierbare kritische Schaltschwelle.

In Fig. 2 ist die rhornboedrische Struktur einer Einheitszelle des Kaliumnitrats der Phase III dargestellt. Der Kreis im Zentrum gibt ein Stickstoffion wieder, die drei das Stickstoffion umgebenden vollen Kreise sind die Sauerstoff-Ionen, und die Kreise mit den horizontalen Mittellinien zeigen die Kalium-Ionen an.

Das Phasen- oder Zustandsdiagramm für Kaliumnitrat ist in Fig. 3 dargestellt, in welcher die Horizontalachse den Druck in Kilobar und die Vertikalachse die Temperatur in Grad Celsiums angeben. Kaliumnitrat existiert in drei Formen. Beim Temperaturen oberhalb von 13o ° C befindet sich das Kaliumnitrat in der Phase I. Diese hohe Temperatur bewirkt eine Ausbildung in

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einer rhoniboedrischen Struktur der Raumgruppe D _ «. Lei Raumtemperaturen besteht die Phase I.t, die eine ortho-rhombische oder ein- und ein-achsige Struktur mit der Ilaunigruppe D „-aufweist, box oiner Erhitzung über 13» ° C ändert Kaliumnitrat aoine Kristallstruktur von der Phase II zur Phase 1. I3ei der Abkühlung wird jedoch die Phase Ϊ nicht direkt in die Phose II umgewandelt, sondern stattdessen findet eine Umwandlung in die dritte Form, die Phase III, statt, und erst weiteres Abkühlen führt zu der Phase Ii. Die Phase III ist ferroelektrisch und weist eine rhotuboedrische Struktur mit der Raumgruppe C^_ auf, wie sie in l''ig. Li gezeigt ist.

Utifaugreiche Untersuchungen an ferroelektrischen Kondensatoren aus zusammengepacktem Kaliumnitrat haben gezeigt, daß

1. eine exakt bestimmtbare Schaltschwelle nur in der Phase 111 besteht,

2. die Phase LiI nur in einem Temperaturbereich oberhalb der Raumtemperatur bei Λtnioapharendruck stabil ist,

3. eine in Achsenrichtnng aufgebrachte Druckkraft den Sta-

bilitfi tsbereich herabsetzt,

4. die kritische Schaltspannung mit abnehmender Dicke sinkt,

5. die üchaltzeit mit abnehmender Dicke gleichfalls sinkt.

Untersuchungen an einem anderen ferroelektrolytischon Material, rnir.ilicti Lariunititanat, zeigen, daß die Schaltzeiten mit der Dicke rior Zelle durch folgende Beziehung verknüpft sind:

^tier *' *'' ° ^I)iCl^{O <l<ifi Dielektrikums, E die dstörlce hol der Schaltschwelle und E das Feld darHtellen,

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Wenn die obige Gleichung auch für ferroelektrische Vo rf ich-"- -^ tungen aus Kaliumnitrat der Phase III gilt, ist die Annahme gerechtfertigt, daß für das Erreichen von schnellen Schaltzei-■ ten das ferroelektriache Kondensator-Dielektrikum sehr dünn gehalten werden muß. Die vorliegende Erfindung bezieht sich in erster Linie darauf, eine stabile Phase III des Kaliumnitrats für ein dünnfilmiges Dielektrikum bei der üblichen Temperatur und bei dem üblichen Druck zu erhalten und schnelle Schaltzeiten tnit einem derartigen dünnfilmigen Dielektrikum zu erreichen,

_k fig. ¹I zeigt eine ferroelektrische Vorrichtung gemäß der vor- ~ liegenden Erfindung in Form einer Kondensator-Speicherzelle Geometrisch stellt die Speicherzelle 1 einen Kondensator mit einer oberen und unteren Metallelektrode 2 bzw. 3 dar, bei dem das ferroelektrische Material die dielektrische Schicht k ist. Stromleiter 5 und 6 sind elektrisch und mechanisch an der oberon und unteren Metallelektrode 2 bzw. 3 angeschlossen. Die Herstellung dieser Zelle 1 unter Anwendung von Bedampfungstechniken wird nachstehend noch näher beschrieben werden.

Die ferroelektrischen Vorrichtungen weisen eine Kaliumnitratschicht auf, deren Dicke geringer als 1 Mikron ist. Die Herstellung einer vielschichtigen Vorrichtung, welche Metallfc schichten mit einschließt, kann durch die Anwendung von Hochvakuumbedampf ungstechniken erfolgen. Die Film- oder Schichtdicke, die bei dieser Erfindung einen wesentlichen Parameter darstellt, kann gleichfalls mittels Hochvakuum-Methoden kontrolliert werden.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die Zellen im Hochvakuum in Gruppen zu Io entsprechend einer 2x5 Matrix-Anordnung, wie Fig. 5C zeigt, mit Hilfe einer bekannten Vakuum-Bedampfungsanlage hergestellt. Da die Io Zellen der Matrix identisch sind, genügt die Beschreibung einer einzigen Zelle. In den Fig. 5Λ, 5D und 5C ist eine Unterlage 7, wie

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beispielsweise ein Objektivträger aus Pyrexglas, dargestellt, dor 7,C CBi lnng, 2, *j^!\ cm breit und o,l cm dick ist. Objektiv-

trüger können wegen ihrer günstigen thermischen, elektrischen und Oberfläclieneigenschaft verwendet werden.

Die Unterlage 7 wird zunächst chemisch aufgrund einer ersten Waschung mit Azeton zum Entfernen von Fett gereinigt und anschließend noch ein zweites Mal mit Äthylalkohol gewaschen, um joden chemischen Film zu entfernen, der eventuell nach der Azeton-Reinigung zurückgeblieben ist. Die Unterlage 7 wird anschließend an einem Aluminium-Heizblock 9 (vgl. Fig. 7) angebracht, welcher an einem Wagen des Transportmechanismus der Unterlage (nicht dargestellt) angeordnet ist. Im Anschluß daran erfolgt ein dritter Reinigungeprozeß in einer Vakuumkammer 8 (Fig. 6) bei einem Druck von 2oo bis 25 Mikron unter Anwendung einer Hochspannungsentladung in einem ausgewählten Gas, wie beispielsweise kalter, trockener Stickstoffatmosphäre. Es ist sehr wichtig, daß die Unterlagenoberfläche vollständig gereinigt ist. Wenn ein Material im Vakuum auf dieser Oberfläche niedergeschlagen wird, entsteht eine Molekularbindung zwischen dem niedergeschlagenen Material und der Unterlage 7· In dünnen Filmen sind in vielen Fällen die vorhandenen mechanischen Kräfte größer als die Fließ- oder Streckspannungen für das zusammengepackte Material. Eine gute Molekularbindung verhindert, daß sich der Film von der Unterlage 7 ablöst.

Der Transportmechanismus für die Unterlage liefert eine Linearbewegung für die Positionierung der Unterlage 7 über drei nicht dargestellte Masken, wobei ein Leerfeld für eine Testete llung während der Vakuumbehandlung vorgesehen ist, falls dies erwünscht ist. Die Masken sind in Schlitzen auf dem Haskenschlitten angeordnet, so daß sie leicht ausgewechselt werden können, und die gesamte Maskenschlittenanordnung kann von der Unterlage 7 entfernt werden, bevor diese in die nächste Stellung gebracht wird. Es ist selbstverständlich erforderlich,

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eine Zerstörung des dünnen Filmniederschlags zu vermeiden. Ein mechanisches Tor ist auf dem Boden der Maakenschlittenanordnung vorgesehen und bildet eine Einrichtung für die Kontrolle dor Niederschlagszeit.

"■'nchdeni die Unterlage 7 durch Ionenbesdiuß geroinigt ist, wird die Hochspannung abgeschaltet und die Untorlageii-Heizvori-iohtung auf loo C iiit Hilfe eines elektronischen Temperaturreglers gebracht, der in Zusammenhang mit Kig. 7 noch jviher beschrieben worden wird.

W Hie Temperatur der Unterlage 7 ist w/jhrend des ' iederschla.ors dos Kaliumnitrats kritisch. Eine orhöhte Temperatur ergibt eine bessere bindung zwischen dem bilber und der niederschlag. Es können selbstverständlich auch verschiedene andere Metalle für die Herstell\mg des ersten elektrischen Kontaktes einschließlich anderer Edelmetalle verwendet werden. Eine Temperntür im Bereich von ϋο ° bis 12o ° C liefert die besten Ergebnisse.

Fig. G zeigt schematise)! die Vakuumanlage, welche eine Vakuumkammer ΰ aufweist, die mit einem Ausgangsverteiler I^ der Vakuumkammer durch ein Vakuupi-Hauptabsperrventil 15 verbunden ist. Eine Kältefalle 13 ist in der Einlaßöffnung des Auslaßverteilers lh der Vakuumkammer angeordnet. Die ' ühlspulen Aar Kältefalle 13 weisen einen Einlaß 16 und einen Auslaß 17 auf.

Eine Leitung 18 einschließlich eines Ionen-Anzeigers 10 steht mit der Vakuumkammer ü in Verbindung. Eine Leitung 2o verbindet ein Ralgventil 21, das als Ablaßventil der Kammer arbeitet, mit der Leitung Iu. Eine weitere Leitung 22 schließt ein Vorbalgventil 23 an die Leitung 13 an. Dieses Vorbalgvontil 23 ist mittels einer Leitung ?Jl mit einer Vorpumpe 2?, einem Luftablaßventil 26 und einem vorgeschalteten Balgventil 27 verbunden. Das \^rorge schalte te IJalgventil 27 steht mit einem Halte-Balgvontil 2ό in Verbindung, welches an einer ilalteputnpe 29 und einem Luftnuslaf-Balgventil 3o angeschlossen ist. Eine

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,^«aC -- BAD ORIGINAL

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Leitung 31 verbindet das vorgeschaltete Balgventil 27 und das llalte-IJalgventil 2ß mit einer Diffusionspumpe 32, die im unteren Teil des Auslaßverteilers Ik der Vakuumkaaimer angeordnet ist.

i/ährend des Erhitzens der Unterlage 7 wird die Vakuumkammer 8 bis auf ungefiihr Io ~ khu Hg-Säule ausgepumpt. Wenn die Unterlage 7 οine Temperatur von loo C erreicht hat, wird sie oberhalb der unteren Elektrodenrnasken angeordnet und ein Tantalbohnltor nit einigen Gramm Silber großer Reinheit gefüllt und dio Temperatur auf ungefähr 12oo ° C durch Widerstandsheizung erhöht. Da? Tor wird entfernt, und der Silberdanipf kann durch die untere Elektrodenmaske auf die Unterlage in fünf horizontalen Reihen Io, welche o,lf53 cm breit sind (vgl. Fig. 5A) aufgedampft werden.

Die Dicko der unteren Elektrode Io ist nicht zu kritisch, sollte jodoch so gehalten werden, daß sich die Elektrode nicht von der Unterlage 7 lösen kann. Da die Korngröße des Silbers eine Funktion verschiedener Parameter, darunter auch der Dicke ist, und da daher das Wachstum eine wichtige Rollo in der Ausrichtung des Kaliumnitrat-Niederschlags spielt, sind die Dicke und das Elektrodenmaterial wosentlich.

Silber wird aus dem Grund für die untere Elektrode Io gewählt, da es auch ale dünner Film gute Leitfähigkeit besitzt, leicht zu verdampfen ist und eine relative Beständigkeit gegen Kaliumnitrat dampf aufweist.

Sobald die erwünschte Dicke der unteren Elektrode oder des i.ontaktos Io erreicht ist, wobei die Niederschlagedicke eine Funktion der Behältertemporatür, des Dampfdruckes, der Unterlagetempora tür und dor Zeit ist, wird das Tor zwischen dem Üehältor und der Unterlage 7 angeordnet. Dio Widerstandsheizung wird abjioschaltot und dio Abkühlung des Tantalbehälters beginnt.

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Nach Beendigung des Niederschla^ens der unteren Elektrode vresr.?»-- den der Aluminium-IIeizblock 9 und die Unterlage 7 zu der dielektrischen Maske vorgebracht. Diese Jiaske ist derart ousjre-- : l)i.ldet, daß sie eine Überlappung der unteren Elektroden Io um o,19 cm auf jeder Seite ergibt, so daß eine Kürzung der Zellen beim Aufbringen des zweiten elektrischen Kontakts oder der ; oberen Elektrode - wie in den Fig. 5R und ^C dargestellt - vermieden wird. Der Vorgang ist kritisch, der erforderlich ist, um einen Niederschlag von Kaliumnitrat der Phase III oder oiner Schicht 11 zu erhalten, die beim Raunitenperatur und Ati.iosphä- .

fc rendruck stabil ist. Während die Unterlage 7 auf «iner Temperatur von loo ° C gehalten wird, erfolgt das Erhitzen des schon vorbereiteten als Reagenz wirkenden Kaliuumitrats langsam bis Ku seinem Schmelzpunkt bei 33'* ° C. Die Umwandlung von dei»i jmlverförinigen in den flüssigen Zustand kann bei hohen; Vakuum unter Anwendung der Kältefalle I3 (vgl. Fig. 6) für die Kondensation der Feuchtigkeit und einer Bestrahlunf<3heiz;ung in ungefähr einer halben Stunde durchgeführt werden. Die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs soll klein gehalten werden, um das Ausfällen von Flüssigkeit und Gas aus dem pulverförmigen Kaliumnitrat zu ermöglichen. Andernfalls führen die Gaseinschlüsse kleine Explosionen herbei, die das Kaliumnitrat vor dem Erreichen seines Schmelzpunkte3 zerstreuen. Das

ψ pulverförmige Kaliumnitrat wird auf einem Objektivträger aus Pyrexglas aufgehäuft und. ist 1 cm oberhalb einer mit Kohlelichtbogen versehenen Widerstandsheizung angeordnet. Diese Anordnung sichert eine Strahlungsheizung zum Verdampfen des Kaliumnitrats.

Die direkte Heizung mit einem Wolframbehältor liefert eine schädliche thermische Reaktion zwischen dem geschmolzenen Kaliumnitrat und dem Wolfram. Eine direkte Heizung mit einem Tantalbehälter bewirkt die voranstehend beschriebenen Gaseinechlüsse infolge der lokalen Erhitzung. Aus diesen Gründen stellt die Erhitzung aufgrund der Wärmestrahlung die günstigste

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Methode dar. Weitere Verfahren für die- Verdampfung des KaliumnitratiS können von Vorteil sein, wie beispielsweise eine ilochfrequenzzerstäulung oder eine LIoktronenstrahlerhitzung.

Sobald das gesainte .■ aliumnitrat sich im flüssigen Zustand beii'idot, Viii-d die Temperatur des Brhitzers auf 77o C erhöht. was luspuiiiptiii der Kammer wird bis zu einem Druck von ungefähr lo~' 1:1111 Πμ-Sijule fortgesetzt. Um einen derartigem Druck zu or-ι(,οο1η;ιι, wird flüssiger Stickstoff durch dio ühlspuleii der kühlfall« IJ (Ii₁:. G) geleitet. Zusätzlich vsu der kondousiürui j; <lur iJaupffeuchtifrkeit kann noch ein . ältepuinpoxi vorgesehen wonicu, un im;! schnelleres Auspumpen bi» zum gewünschten Absolutdruck u»ul ura einen noch niedrigeren Absolutdruck zu erreichen .

Bei einem Druck von Io mm Quecksilbersäule wird das Tor vregrce:;o_trejv, so daß sich das · aliumnitrat auf dor Silber- oder unteren Elektrode Io wahrend 2-h liinuten niederschlagen kann. 1-ie endgültige Dicke der Kaliuinnitrat-liielektrikuinschicht h.'iiijrt von dem Druck, der Temperatur dor Unterluge 7i der Touipera tür C.iid geyclu-iolv-enen Kaliumnitrat» und der Xiederschlags-S-Uit ab.

Die Krii·-tallprüfSe und die Kornorientierunj; sind zusätzlich zu vielen weiteren Variablen auch eine Funktion der Niederrfciilagageschwindigkeit, wobei eine geringe Xiederschlagsgeschtvindigkeit die besten Ei-gebnisse liefert. Zwei oder vier I-iinuteit Hiederschlagszeit ergeben die gewünschte Dielektrikutnsdicke. Das Niederschlagen wird durch Schließen des Tores und Abschalten der Stromzufuhr zu der mit einem Kohlelicht·» bogen versehenen Heizung beendet. Anschließend wird der Heizblock abgeschaltet, das Hauptvakuuinabschlußventil I5 zu der Vakuumkammer 3 geschlossen und kaltes, trockenes Stickstoffgas von einem nicht dargestellten Tank für flüssigen Stickstoff in die Kaminer 3 bei Atniosphärendruck eingeleitet.

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Nachstehend wird das Stabilitätsphänomen des dünnfilmigen Kaliumnitrats näher beschrieben. Stabiles Phase III-Kaliumnitrat wird gemäß der vorliegenden Erfindung ohne Abschrecken erhalten.

Es ist von Interesse, daß im Rahmen dieser Erfindung eine nicht übliche durchwirbelte kristalline Struktur (vgl. Fig. H) festgestellt wurde, welche nicht mit den üblichen optischen Dildern des Kaliumnitrats der Phase I, Phase II oder Phase III übereinstimmt. Diese Struktur ist nur optisch sichtbar und entsteht aufgrund einer Anzahl von außergewöhnlichen Nieder-" Schlagsbedingungen. Optische Betrachtungen und elektrische Messungen bestätigen, daß es stabiles Kaliumnitrat der Phase I, II und III bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck gibt. Nur die Phase II für zusammengepacktes Kaliumnitrat besitzt eine stabile Phase als dünner Film während längerer Zeit. Diese Phasen sind während neun Monaten stabil gewesen und zeigen keine sichtbaren Anzeichen einer Umwandlung oder Zerstörung.

Ein wichtiger Aspekt für dünne Filme ist der, daß sich die physikalischen Eigenschaften eines Materials als dünner Film wesentlich von den physikalischen Eigenschaften des gleichen Materials im zusammengepackten Zustand unterscheiden können.

Obwohl die Kristallstruktur von dünnen Filmen die gleiche wie die Kristallstruktur des zusammengepackten Materials ist, kann sich die Strukturordnung des dünnen Films erheblich von der des zusammengepackten oder Dulkmaterials unterscheiden. Die neuen Strukturen, die ausschließlich für das Phänomen des dünnen Films verantwortlich sind, umfassen verschiedene Formen, wie beispielsweise amorphe, überstruktuierte, metastabile, unstabile und stabile Polymorphe. Die Dichte eines Materials kann in starkem Maß von den Bulkwerten abweichen, sobald die Filmdicke unterhalb eines kritischen Viertes abfällt. In Fig. 12, in welche die Dichte über der Dicke eines dünnen Films aus Aluminium darstellt, ist auf der Horizontalachse die Dicke

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in X-rinheiten angegeben und auf der Vertikalachso die Dichte in g/cm . Die obere horizontale durchgezogene Linie in Fig. zeigt eine Dichte von Π,7 an, die der Dichte des zusammengepackten Aluminiums entspricht. Die untere Kurve gilt für Aluminium in Form eines dünnen Films.

Die Gitterkonstanten der dünnen Filme zeigen in einigen Fällen eine erhebliche Abweichung von dem Bulkwert. Oberflüchenatonie eines Kristalls haben im Gleichgewicht eine gegenüber den Atomen ir.i Verbund andere Umgebung. Die Atoinanordnung der Oberfläche wird daher erherblüi von den Bulkwerten abweichen. Experimente zeigen, daß ein sphärischer Kristallit mit einem Durchmesser D und einer Oberflächenspannung (Γ einen inneren Druck —— besitzt. Der Gitterabstand a soll nun beispielsweise Uta den Betrag ^a entsprechend

a " % ED

geändert werden, wobei E der Bulkmodul des Materials ist. Ein Aufstieg oder Abfall der Gitterkonstante hängt dann von dem Vorzeichen von 6* ab.

Eine Änderung des Gitterabstandes des Inliumnitrations (Fig, 2) bewirkt eine Änderung der freien Energie der Einheitszelle und hat einen entsprechenden Effekt auf die Phasenstabilität dee Materials, Zusätzlich zu der Änderung des phasenstabilen Bereiches wird die Verschiebung des !.alimnitrations die Größe des elektrischen Feldes verändern, welches für die Bewegung des Ions von einer stabilen Phase in die andere erforderlich iet. Die Fig. 13, Ik und 15 zeigen die Energie in Abhängigkeit von der stabilen Ionstellung innerhalb der Einheitszelle des I.aliuDiniträte, in jeder dieser Abbildungen stellt die Ilorizontalachse die Ions teilung und die Vertikalachso die Energie dar.

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Sicherlich spielt dna Abschrecken eine gewisse Rolle hoi dom Stabilitätsphänomen, da es sehr große Spannungen schafft, jedoch beweist die vorliegende Erfindung, daß das Abschrecken nicht unbedingt der bestimmende Faktor für die Phasenstabilität ist, sondern es nur dazu beiträgt, den Stabilitätszuatand zu erreichen und diesen zu unterstützen. Sobald die Strukturen der dünnen Filme einmal ausgebildet sind, sind sie, abgesehen von der Alterung, normal stabil. Die kritische Dicke, bis zu welcher derartige Strukturen noch bestehen können, beträgt mehrere Mikron.

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß diesem Phänomen teilweise die Charakteristiken dünner Filme zugrundeliegon und daß os bei zusammengepacktem Material nicht beobachtet wird. Ebenso ist anzunehmen, daß sehr hohe Druckkräfte, die dem ErErscheinungsbild des dünnen Films überlagert sind und iimewohnen, den Mechanismus darstellen, durch welchen die Phasenstabilität besteht. Nach diesen Aueführungen über einen möglichen Mechanismus für die Phaeenstabilität wird die Beschreibung des Herstellungsverfahrens fortgesetzt·

Das Spülen der Kammer 8 bei Atmosphärendruck mit kaltem trockenem Stickstoffgas für ungefähr 15 Minuten vervollständigt die Umwandlung des Kaliumnitrate aus der Phase I in die Phase

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III. Anschließend wird die Kammer wieder bis auf Io mm Druck-Quecksilbersäule evakuiert und die Unterlage-llelzblockanordnung auf die obere Elektrodenmaske vorgebracht. Diese Maske ist oberhalb eines Korbes aus Wolframdraht angeordnet, der mit einigen Gramm Aluminium großen Reinheitsgrades gefüllt ist. Die Wolfram-Heizung wird dann auf looo ⁰CC erhöht, das Tor entfernt, so daß sich das Aluminium über der dielektrischen Schicht 11 in zwei vertikalen Spalten 12 mit einer Breite von 0.I53 cm (vgl. Fig. 5C) niederschlagen kann.

Experimentelle Untersuchungen haben ergeben, daß Aluminium den größten Anteil an betriebsbereiten, kurzschlußfreien Zellen

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liefert, so daß die Verwendung von Silber, Kupfer, Blei oder Blei-Zinn als obere Elektrode 12 nicht erforderlich ist.

Für das Auftreten eines Kurzschlußraechanismus zwischen den Elektrodenschichten Io , 11 und 12 gibt es folgende mögliche Erklärungen!

1. Erhöhte Temperatur des Behälters, die für die Verdampfung von höherechraelzenden Metallen erforderlich ist, setzt Dampf mit einer höheren kinetischen Energie frei, wodurch das Metall in den dielektrischen Film diffundiert.

2. Die Korngröße des Netalls kann klein genug sein, um die Korngrenzen de· Kaliumnitrats zu durchdringen·

3. Die Beweglichkeit des Metalle ist zu groß, wodurch eine

zu heftige Bewegung des Metalls quer über die dielektrische Oberfläche 11 erfolgt, bevor noch die Kristallkernbildung anfängt.

Unabhängig von dem Kurzschlußproblem ist das Kriterium fUr die obere Elektrodendicke im wesentlichen dasselbe wie für die untere Elektrode.

Sobald die erwünschte Elektrodendicke erreicht ist, wird das Vordampfungstor geschlossen und die Stromzufuhr zu dem Korb aus Wolframdraht abgeschaltet. Die Matrix der fertigen Zellen kann entweder in die Prüfstellung gebracht werden, während die Kammer 8 noch weiter evakuiert wird, oder es kann das Hauptventil 15 geschlossen und die Kammer 8 mit Atmosphärendruck wieder gefüllt werden, so daß die Zellen für Prüfzwecke entfernt werden können.

Fertige Zellenanordnungen können optisch mit einem bekannten Mikroskop untersucht werden, welches eine R-Differential-

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Interferenzanordnung für die Bestimmung der Phase des Kaliumnitrats besitzt. Scharf abgegrenzte Korngrenzen polykristalliner Anordnungen trennen die Phasen I, II und III des Kaliumnitrats voneinander.

Die einzelne lineare Kristallabmessung der Phase III hängt von vielen Parametern ab, die das Bedampfen beeinflussen, und es wurde kein Versuch gemacht, eine vorgegebene Größe oder eine einheitliche Größe über eine vorgegebene Fläche einzuhalten. Die linearen Abmessungen variieren von o,ol cm bis o,oo39 cm.

Zusätzlich zu der Feststellung der Anwesenheit des Kaliumnitrats der Phase III wird jede Zelle auf Kurzschlußkreise überprüft. Mit der Annahme, daß keine Kurzechlußverbindungen dadurch auftreten, daß der obere Elektrodenniederschlag durch die dielektrische Schicht 11 oder die dielektrischen Korngrenzen diffundiert ist, können des weiteren noch Kurzschlußkreise aufgrund der mangelhaften Ausrichtung der Elektroden Io und 12 oder infolge von Kissen oder sonstigen Mangeln in der dielektrischen überfläche auftreten. Zellendefekte dieser Art können visuell mit Hilfe eines bekannten Mikroskops mit einer linearen Vergrößerung auf das ko- bis ^oo-fache festgestellt werden. Ebenso kann das Erreichen der Ausrichtung der Bezirke bis zur Sättigung in den Punkten "C" oder "A" - wie ψ in Fig. 1 gezeigt - rasch mit einer leicht abgewandelten Ausführungsform des bekannten Mikroskops erkannt werden.

Nach der Feststellung des Vorhandenseins von Kaliumnitrat der Phase III auf optischem Wege wird die Zellenmatrix auf einen temperaturgeregelten Aluminium-Dlock angeordnet. Kleine Federn sind an Verbindungspunkten angelötet, um die elektrische Verbindung zu den Elektroden Io und 12 der Zellen herzustellen.

Eine herkömmliche elektrische Prüfmethode besteht darin, die ferroelektrische liysteresiskurve oder eine Ladungs-Spannungs-

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zu beobachten, die durch Anlegen von positiven und negativen Spannungswerten, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, erhalten wird. Fig. 16 zeigt einen Stromkreis für die Aufnahme dor Hysteresisschleifen. Ein Sinusgenerator 33 bekannter Bauweise stellt eine Wechselstromquelle mit variabler Amplitude und niederer Frequenz dar. Die Ladungs-Spannungs-Kurven werden durch Anlegen der Spannung über der Zelle Jk direkt an einen Horizontaleingang 35 eines Speicher-Oszillographen 36 erhalten. Eine Spannung proportional zu dem Strom durch die Zelle 34 wird über einen niederohtnigen Widerstand 37 von beispielsweise loo Ohm abgenommen, der in Serie mit der Zelle 34 und mit dem Generator 33 liegt. Diese Spannung wird in einem Verstärker-Integrator 3<3 integriert und die dabei erhaltene Wellenform dem Vertikaleingang 39 des Speicher-Oszillographen 36 zugeführt. Auf diese Weise werden verschiedene kleine Schleifen erhalten, wie beispielsweise die in Fig. 17 dargestellten Schleifen 4o.

Zur Bestimmung dor Schalteigenschaften der Zelle 34 wird eine Pulsprüftnethode angowanrit. Ein in Fig. lö dargestellter Pulsgenerator 4l und die Zelle Jk zusammen mit einem loo-Ohm-Widerstand 42 bilden einen Serienkreis. Die gespeicherte Infornation in der Zolle 34, das ist +Q oder -O, wird als eine Spannung über der Zeit gelesen, wenn die über den loo-Ohm-Widerstand 42 abgegriffene Spannung dem Vertikaleingang 39 des Speicher-Oszillographen zugeführt wird. Manuelles Tritium rait oiner Puls verzöge rung des Generators 41 und extornofj Triggern des Oszillographen 36 orlaubon es, die gesamte Schaltwellenforiii in geeigneter Weise aufzuzeichnen.

Ausgehend davon, duß die Zolle eine "Eins" oder +0 gespeichert hat, bewirkt ein negativer Impuls mit einem Absolutwort größer als -V , der in die Zelle 34 eingespeist wird,

er

eine Polar isationaurnkehr. Die La du ng· linde rung 2Q„ bewirkt »inen Strowfluß i^ = -^ durch den loo-Ohni-Widoratand 42. Hut Iu vu.igol-.ultrtor Woisu die Zelle 34 den Wort "Null" oder -Q₁J gespeichert und wird ein negativer Impuls mit einem

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Absolutwert größer ale -V_cr zugeleitet, so erfolgt nur eine geringe Änderung in der Polarisation und somit nur ein geringer ,Stromfluß durch den Widerstand %2.

Fig. 8 zeigt eine Wellenform 43 entsprechend einer gespeicherten "Eins" und ο ine Wellenfora hh. gemäß einer gespeicherten "Null". Die Schaltzeit (t ) beträgt 21o Mikrosenkunden, der Spitzenwert der Ausgangsimpuleaeplitude doo Millivolt. Dio Horizontalachse besitzt eine Teilung von 5o Mikrosekunden und die Vertikalachse von 2oo Millivolt.

\ Eine verhältnismäßig rasche und einfache Methode für das Trocknen und Verdampfen des als Reagenz wirkenden Kaliumnitratpulvers ist erfindungsgemäß geschaffen worden. Dieses Verfahren liefert einen wirksamen dielektrischen Film 4 oder 11. Eine optische Prüfung des frischen dünnen Filme des Kaliumnitrats der Phase III mit gekreuzten Polarisationslinsen zeigt eher eine gleichgroße "C"- und "A^w-Ausrichtung der Dereiche als eine "C"- oder "A"-Bereichsorientierung. Die Orientierung folgt keinem bestimmten Muster und weist etwa einon Anteil von 5o % des Bereiches "C" und 5o % des Bereiches "A" auf.

Kleine Hysteresisschleifen 4o zeigen die ferroelcktrische Phase an und besitzen ausgezeichnete quadratische Schleifonw Charakteristiken.

Die beobachteten langen Schaltzeiten sind auf die Unmöglichkeit zurückzuführen, die Zelle 34 mit einem einzigen Impuls zu sättigen. Auch für Bariuntitanat mit einem E kleiner als E_c tritt ein Schalteffekt auf, wobei jedoch die Schaltzeit sehr lang ist.

Fig. 9 zeigt die Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem angelegten Feld. Die Elektrodengrenzschicht bedingt wahrscheinlich die Unmöglichkeit, ©ine Sättigung mit einem einzelnen Impuls zu erreichoii.

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Fig. 8 zeigt auch, daß bei einer zapfenförmigen Auebildung des Zollenausgangsimpulses zum Erzielen einer Maximalamplitude für eine gespeicherte "Eine" das Verhältnis der Ausgangswerte "Eins" zu "Null" sehr groß 1st.

Eine der dünnen Filmzellen zeigt die Möglichkeit einer zerstörungsfreien Zähleranzeige unter Anwendung des t* Teilschaltphänomens an. Diese Einzelzelle befindet sich im gesättigten Zustand. Anschließend wird die Polarität des Pulsgeneratore umgekehrt, und die Dauer der Impulse reduziert. Die Anwendung von schmalen Impulsen ergibt eine signifikante Anzeige-Wellenfortn, bewirkt jedoch keine feststellbare Polarisationsumkehr. Dieses Phänomen wurde gerade nur in einer Zelle beobachtet.

Die Impulsprüfung offenbart auch eine selbstheilende Eigenschaft, die darin besteht, daß Wellen, die den dielektrischen Durchbruchsspannungen ausgesetzt sind, zu dem normalen Betriebs· zustand nach einigen Minuten Standzeit wieder zurückkehren. Die Erklärung für diesen Mechanismus ist durch das Phänomen des dünnen Films gegeben, bei dem große Spannungen in der oberen Elektrode 2 oder 12 auftreten. Sowie der dielektrische Durchbruch oder Durchschlag erscheint, wird die Bindung zwischen der dielektrischen Schicht k oder Il und der oberen Elektrode 2 bzw. 12 an der Durchbruchstelle und einem Teil der näheren Umgebung gelöst. Das obere Elektrodenmetall hebt sich von dem Strompfad ab. Dieser Effekt ist in Fig. Io dargestellt, in welcher die kreisförmigen Flächen anzeigen, wo sich der obere Elektrodenfilm von dem zentralen Strompfad gelöst hat.

Die Dünnfilm-Technik der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Herstellung schneller, dichtgepackter, nicht verdampfbarer, zerstörungsfreier Zähleranzeigespeicher.

In den Fig. 7, 8, 9 und 1o sind Bauteile dargestellt, die für die Herstellung der Erfindung erforderlich sind. Die Tempera-

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tür des Unterlageerhitzers und des Prüfblocks ist innerhalb eines Temperaturbereiches zwischen 2o C und 2oo C rejrelbar. Dies erfolgt mit Hilfe eines elektronischen Temperaturregelsystems, dessen Blockschaltbild in Fig. 7 gezeigt ist. Das Temperaturfühlerelement ist ein Chrorael-Alurael-Thermoele-Bient 59 mit einem zweiten Chromel-Alutnel-· Thermoelement als Referenzeleraent. Für den voranstehend angegebenen Temperaturbereich reicht die Thermoelement-Spannung von o,8 biß zu ö , 13 riillivolt. " Die Thermoelement-Spannung wird direkt dem Eingang eines GleichstromverBtärkers 6o mit einer fest vorgegebenen Verstärkung von loo zugeleitet. Eine Referenzspannung ψ von beispielsweise 1 Volt Gleichstrom wird über ein lo-gängiges Potentiometer 61 angelegt. Die Spannung über einen Schieherkontakt 62 des Potentiometers gelangt direkt in einen Gleichstromverstärker 63 mit der Verstärkung 1. Die Ausgangespannungen der Verstärker 60 und 63 bilden die Eingänge für einen Verstärker 6**, der eine Spannungsverstärkung von ungefähr 60 000 für einen offenen Kreis aufweist. Der Verstärker G^li arbeitet als ein Spannungsvergleichsverstärker und sein Auegang beträgt + oder -I5 V Gleichstrom in Abhängigkeit von der Polarität der Eingangswerte.

Liegt die Temperatur des Aluminium-Erhitzerblocks 9 unterhalb des angezeigten Einstellwertes, so beträgt der Ausgang des " Verstärkers Gk I5 V Gleichstrom. Der Ausgang des Verstärkers 6k wird einem Unijunktion-Transistor-Triggerkreis 65 zugeleitet, welcher schnelle Impulse zu einer Torschaltung 66 eines Steuer-Siliziuingleichrichters 67 liefert, wenn der Verstärkerauegang positiv ist. Der Steuer-Siliziumgleichrichter 67 liegt in Reihe mit einem Widerstandheizelement 68 und regelt den Strom durch das Element 68, welches an dem Aluminium-Erhitzerblock 9 angeordnet ist. Die Stromversorgung des Erhitzer-Siliziufnsteuergleichrichterkreises erfolgt durch einen ungefilterten Diodenbrückengleichrichter, der mit einer Leitung 7o an das Netz angeschlossen ist.

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Ist die Temperatur des Aluminium-Erhitzerblocks 9 gleich oder größer als der Einsteilwert, so weist der Ausgang des Verstärkers 6k eine negative Sättigung auf und beträgt -15V Gleichstrom. Wenn die -15 V Gleichstrom an den Eingang des Unijunktion-Triggerkreises 65 gelangen, werden keine Trigger-Impulse für die Torschaltung 66 des Steuer-Siliziumgleichrichters 67 mehr erzeugt. Da dieser nicht mehr leitend ist, fließt auch kein Strom durch das Widerstandsheizelement 68.

Die Temperaturmessung wird noch in der Weise vervollständigt, daß die Spannung des Thermoelementenverstärkers 60 auf einem Meßgerät angezeigt und in Beziehung zu einer entsprechenden Temperaturspannungsreihe für das Thermoelement gesetzt wird· Metrische Skalenteilungen und Kreisscheibenteilungen sind in Millivolt ablesbar, so daß andere Thermoelement-Kombinationen verwendet werden können, um den Temperaturbereich des Steuergerätes auszudehnen oder zu ändern. Die Genauigkeit der absoluten Temperaturmessung wird durch die Genauigkeit des Thermoelementes 59 und der Vergleichestelle begrenzt, wobei jedoch innerhalb des Instrumentenbereicheβ jeder Wert mit einer Genauigkeit von o,2 ° C in bezug auf den Einsteilwert efreieft«- bar ist.

Ss let selbstverständlich, daß Änderungen und Abwandlungen in der Ausgestaltung und in Einzelheiten möglieh sind, ohne daß dadurch der Umfang des Erfindung·gedenken« überschritten wird*

Ansprüche t

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Claims

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- 26 -Ansprüche

Ferroelektrische Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß eine ferroelektrische Kaliumnitratsch ic ht eine Dicke von weniger als lio Mikron aufweist und daß elektrische Kontakte an vorgegebenen Oberflächenstellen der ferroelektrischen Kaliumnitratschicht angeordnet sind.
2. Ferroelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der ferroelektrischen Kaliumnitratschicht in einem Bereich von loo bis looo Se liegt,

3· Ferroelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der elektrischen Kontakte eine Elektrode umfaßt, welche aus einem metallischen Material besteht, das zumindest etwas Aluminium enthält.

km Ferroeiektrische Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder dadurch gekennzeichnet, daß die ferroelektrische Kaliumnitratschicht eine Dicke von weniger als 1 Mikron aufweist und aus einem Kaliumnitrat der Phase III besteht, welches bei Raumtemperatur und bei atmosphärischem Druck stabil 1st.

5* Ferroeiektrlache Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der elektrischen Kontakte aus einen Material besteht, welches zumindest etwas Silber aufweist und daß der andere elektrische Kontakt aus einem Material gebildet ist, welches eumindeet etwas Aluminium beinhaltet.

β* Verfahren für die Herstellung einer ferroelektrischen Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6* dadurch

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gekennzeichnet , daß ein erster elektrischer Kontakt gebildet wird, wobei zumindest über einen Teil die*

ses elektrischen Kontaktes eine Schicht aus Kaliumnitrat aufgebracht wird, ferner diese Schicht aus Kaliumnitrat durch Spülen mit einen kalten trockenen Gas ohne Abschrekken gekühlt wird, um eine stabile Schicht aus ferroelektrischetn Kaliumnitrat zu erhalten und schließlich ein zweiter elektrischer Kontakt über zumindest einen Teil der stabilen Schicht aus ferroelektrischem Kaliumnitrat gebildet wird.

Verfahren nach Anspruch 6_f dadurch gekennzeichnet, daß die Kaliumnitratschicht über zumindest einen Teil des ersten elektrischen Kontaktes durch Vakuumbedämpfung mit flüssigem Kaliumnitrat innerhalb einer Vakuumkammer und bei einen Drucl Puecksilbersäule gebildet wird.

Vakuumkammer und bei einen Druck nicht größer als Io ram
3. Verfahren nach einea der Ansprüche 6 oder 7* dadurch gekennzeichnet , daß di.« Kaliumnitratechicht durch Spülen mit einen kalten trockenen Stickstoffgas bei einem Druck von ungefähr einer Atmosphäre gekühlt wird.

9· Verfahren nach einen der Ansprüche 6 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß zuerst die Kaliumnitratschicht über den ersten elektrischen Kontakt ausgebildet wird, wobei das Kaliumnitrat vom pulverförmigen Zustand in den flüssigen Zustand durch langsames Erhöhen der Temperatur für eine Zeit ton weniger als 1 Stunde umgewandelt wird.

Io. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung d&s pulverförmigen Kaliumnitrats in flüssiges Kaliumnitrat durch Erhitzen mit Hilfe von Wärmestrahlung erfolgt.

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