DE2153760B2

DE2153760B2 - Verfahren zum Herstellen von Filmelektreten

Info

Publication number: DE2153760B2
Application number: DE2153760A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Martin Summit Sessler; James Edward Plainfield West
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1970-11-02
Filing date: 1971-10-28
Publication date: 1974-05-22
Also published as: DE2153760A1; NL158642B; FR2113401A5; US3711941A; BE774467A; JPS5610776B1; GB1363716A; DE2153760C3; AT305399B; IT940096B; SE366422B; NL7114636A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Filmelektreten, bei dem in einem polymeren Film durch Elektronenbestrahlung eine La- so dungsverteilung hervorgerufen wird, wobei die Elektronenstrahlenergie unterhalb der zum Durchdringen des Films notwendigen Energie eingestellt wird. Film- bzw. Dünnfilmelektrete finden als schwingfähige Membranen elektroakustischer Wandler, Abschneidelcmente (Rauchgasreiniger), Datenspeicherelemente, Statoren in Elektromotoren und in Elektrometern, Dosimeter, Luftfilter und ähnlichen elektronischen Bauelementen Verwendung.

Dielektrische Materialien in Form von dünnen Filmen, z. B. verschiedene Polymere, wie Polyester, verschiedene Flüorkohlenstoffe, verschiedene PoIykarbonatharze u. dgl. werden in weitem Umfang für viele Anwendungen, z.B. in elektroakustisehen Wandlern, bei der Herstellung von Kondensatoren, Abscheidelementen, dielektrischen Speicherelementen u. dgl. benutzt. In einem typischen elektroakustisehen Wandler, z. B. einem elektrostatischem Mikrofon oder Lautsprecher, findet beispielsweise ein Dünnfilm aus einem solchen Material als schwingendes Element Verwendung. Um die Notwendigkeil einer äußeren Vorspannung zu vermeiden, wird dei sich bewegende Film mit einer permanenten Polarisation oder Ladung versehen. Ein derart gcladenei Film wird als »Elektret«-Film bezeichnet. FiImelektretwandler, beispielsweise der in der USA.-Patentschrift 3 1IS 022 beschriebenen Art, haben die Vorteile herkömmlicher Kondensatoreinheiten, weisen jedoch nicht deren Nachteile auf. Im Gegensatz zu einem Kondensatorwandler bedarf eine Elektretcinheil keiner separaten Stromversorgung und isi mechanisch viel einfacher aufgebaut. Die Elektretcinheit weist außerdem eine höhere Kapazität auf, welche größere Freiheiten in bezug auf die Auslegung des Schaltkreises bietet. Von wahrscheinlich noch größerer Bedeutung sind die Eigenschaften des Elektretcn in bezug auf hohe Empfindlichkeit, guten Frequenzgang und geringe Verzerrung.

Es sind verschiedene Verfahren zum Erzeugen permanenter elektrischer Ladungen in dielektrischen Materialien bekannt. Unter diesen gibt es thermische Prozesse, weiche gleichzeitig Wärme und ein elektrisches Feld zur Wirkung bringen, Korona- und Townsend-Entladungsmethoden und Elektronenbeschußtech.-iiken. Mit Hilfe einer Ladungsausrichtung, einer Ladungstrennung oder einer Ladungsinjektion führen diese bekannten Methoden zu Elektreten, die durch eine heteropolare Ladung, eine homopolare Ladung oder eine Kombination aus beiden Ladungsarten gekennzeichnet sind.

Eine der befriedigendsten Anordnungen zum Herstellen von Diinnfilmelektreten verwendet einen Elektronenstrahl zum Beschüß des dielektrischen Materials. Vorzugsweise wird dabei der dielektrische Film mit einer dielektrischen Unterlage in Kontakt gehalten, oder er befindet sich gegenüber der dielektrischen Unterlage in einem geringen Abstand. Elektronenenergien von etwa 1 MeV werden bei einer gestreuten Strahlintensität in der Größenordnung von 1 μΑ je Quadratzentimeter verwendet. Solche Bebirahlungsmethoden machen also von einer relativ hohen Strahlungsintensität Gebrauch, um die gewünschte Ladungsdichte zu erzeugen. Das Aufladen des Films geht in erster Linie auf eine Reinjektion von Elektronen von dem Zusatz- bzw. Unterlagenmaterial in den Film zurück. Da nur ein Teil der einfallenden Elektronen im Film eingefangen wird, ergibt sich häufig eine ungleichmäßige Ladungsdichte.

In Journal of Applied Physics, 1963, Band 34, Heft 7, Seiten 261 bis 263, sind Untersuchungen beim Herstellen einer Ladungsverteilung in einem polymeren Film durch Elektronenbestrahlung beschrieben, wobei die Elektronenstrahlenergie unterhalb der zum Durchdringen des Films notwendigen Energie eingestellt ist.

Zur Beeinflussung der Molekularstruktur von Kunststoffen und zur Veränderung deren Eigenschaften ist außerdem aus der deutschen Auslegeschrift 1 016 853 eine Anordnung bekannt, mit der eine Elektronenbestrahlung des Kunststoffs im Vakuum erfolgt.

Schließlich ist es gemäß ETZ-A, Band 77, Heft 21, Seiten 799 bis 806, bekannt, bei Kathodenstrahl-Speicherröhren Isoiierplatten örtlich durch gebündelte und in geeigneter Weise abgelenkte Elektronenstrahlen aufzuladen, wobei die Energie des den

Schreibstrahl bildenden Elektronenstrahls veränder- Einer der wesentlichsten Anwendungsfälle für 'ich ist. Dünnfilmelektrete liegt auf dem Gebiet elektro-Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum akustischer Wandler. Da der Elektret eine parma-Herstellen von Dünnfilmelektreten mit extrem gleich- nente statische Ladung enthält, ist er in idealer Weise mäßigen Ladungsdichten und verbesserten Ladungs- 5 zur Verwendung als Schwingungselement eines Speichereigenschaften unter Verwendung monoener- elektrostatischen Wandlers geeignet, wobei im Begetischer Elektronenstrahien niedriger Energie snzu- trieb keine zusätzliche Vorspannung erforderlich ist. geben. Ein typischer elektroakustischer Wandler mit einem : Ausgehend von einem Verfahren der eingangs an- Dünnfilmelektret ist in Fig. 1 gezeigt. Er besteht gegebenen Art, schlägt die Erfindung zur Lösung io aus einem elektrisch geladenen Kunststoff-Film 10, f dieser Aufgabe vor, daß die Bestrahlung in an sich der über eine Metallgrundplatte 11 gespannt ist. In bekannter Weise im Vakuum erfolgt, die Elektronen- typischer Ausführung besteht der Film 10 aus einem Strahlenergie auf wenigstens 5 keV eingestellt wird, polymeren Material, z. B. aus Polyäthylenterephder Strahlstrom über eine solche Zeitspanne aufrecht- thalat, Polytetrafiuoräthylen oder Polytrifluorchlor- % erhalten wird, daß sich ein Strom-Zeit-Produkt von 15 äthylen, bei einer Dicke von etwa 0,0025 cm. Eine *; etwa 10~⁸ bis 2 χ 10-⁷ Asec/cm^a ergibt, und das noch dünnere Metallschicht 12 wird auf die der ΐ Volumen während der Bestrahlung unterhalb von Grundplatte abgewandte Seite des Films, das heißt, IO-⁵ Torr über eine auf das spezielle Strom-Zeit- die Außenseite des Films 10 abgedampft. Die aus Produkt abgestimmte Zeit aufrechterhalten wird. polymerem Film und aufgedampfter Schicht be-Ein den polymeren Film nicht durchdringender Elek- 20 stehende Kombination wird als metallisierte polyironenstrahl, der vorzugsweise fokussiert ist und die mere »Folie« bezeichnet. Die Grundplattenoberflächc Oberfläche des Films überstreicht, wird also zum ist generell so angeordnet, daß die Folie nur an be-Aufbringen negativer Ladungen auf die dem ein- stimmten Punkten oder entlang bestimmten Linien fallenden Elektronenstrahl zugewandte Seite des mit der Oberfläche in Kontakt steht. In den BeFilms und zum Hervorrufen einer Injektion positiver 25 reichen, wo kein Kontakt besteht, erlauben flache Ladungen auf der anderen Filmseite verwendet. Taschen ein Vibrieren bzw. Schwingen der Folie, Strahlenergien von 10 bis 40 keV — je nach Film- wenn sie von Schallwellen getroffen wird. Außerdem dicke — sind bei einem Strom von angenähert 0,01 ist die Grundplatte 11 perforiert und über einem lufibis 0,1 nA'cm² und einer Bestrahlungszeit von etwa gefüllten Hohlraum 14 abgestützt. Diese Anordnung 1 see zufriedenstellend. 3° verringert die Steifigkeit des Luftkissens hinter der In vorteilhafter Weise führen diese speziellen Membran und ermöglicht ein Schwingen des Films Parameterwerte zu Bcstrahlungsbedingungen, welche mit größerer Amplitude, so daß die Empfindlichkeit ein zuvor nicht beobachtetes Einfangniveau induzie- des Wandlers vergrößert wird.

ren, das sich bei höheren Temperaturen als die bc- Wegen der auf der Folie 10 bis 12 vorhandenen

kannten Finfangniveaus entleert. Dies führt zu bes- 35 permanenten Ladung bildet sich zwischen der Folie

seren Ladungsspeichereigenschaften sowohl in trok- und der Grundplatte 12 ein elektrisches Feld. Die

_;; kener als auch in feuchter Atmosphäre. Außerdem Folie und die Grundplatte sind über in der Zcäch-

werden die Ladungen ausschließlich im massiven nung nicht dargestellte Einrichtungen mit einer

Teil des Filmmaterials selbst aufgebaut. Dadurch Hochimpedanz-Eingangsschaltung verbunden. Eine

*i wird die Wahrscheinlichkeit der Rekombination mit 40 Bewegung der Folie, beispielsweise auf Grund einer

atmosphärischen Ladungen verringert, was ebenfalls auftrefrenden Schallwelle, ruft in der Eingangsschal-

ΐ : zur Verbesserung der Ladungsspeicherfähigkeit des tung eine geringe Wechselspannung hervor. Diese

■; t Elektreten beiträgt. Die Gleichmäßigkeit der Ober- Spannung ist proportional zum Schalldruck.

I flächenladungsverteilung ist besser als diejenige bei Die Reproduzierbarkeit der Empfindlichkeit aller

I mit bekannten Methoden hergestellten Filmelektre- 45 oben erwähnten Wandler und die Unempfindlichkeit

I ten. Da das Verfahren gemäß dei Erfindung mit einer gegen Temperatur- und Feuchtigkeitseinflüsse hän-

j Strahl-Abtast-Anordnung durchführbar ist, können gen in weitem Maße von der Gleichmäßigkeit der

\ I Filmelektrete in einem kontinuierlichen Arbeits- Ladungsverteilung über den Körper der in diesen

| prozeß (Fließbandbetrieb) hergestellt werden. Wandlern verwendeten Folien sowie von deren

{ Im folgenden wird die Erfindung an Hand von 50 Fähigkeit zum Aufrechthalten bzw. Speichern der

in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen Ladung trotz äußerer Einflüsse ab. Erfindungsgemäß

näher erläutert. In der Zeichnung zeigt werden Dünnfilmelektrete mit diesen Eigenschaften

Fig. 1 eine vereinfachte Ausführungsform eines durch Aufladen eines polymeren Films mit einem

elektrostatischen akustischen Wandlers, an Hand monoenergetischen Elektronenstrahl, das heißt, einem

dessen die Verwendung eines Dünnfilmelektrets als 55 Strahl, in welchem alle Elektronen dieselbe, relativ

Schwingungselemeni dargestellt ist, geringe Energie haben, erzeugt. Es wurde gefunden,

F i g. 2 eine zum Herstellen eines Dünnfilmelek- daß mit gesteuertem, niederenergetischem Beschüß

trets geeignete, schematisch dargestellte Anordnung, Mehrfach-Einfangniveaus induziert bzw. hervorge-

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine typische rufen werden, kein Durchschlag des Film erfolgt

polymere Folie, 60 und eine gleichmäßige, bipolare Ladungsverteilung

Fig. 4 die gespeicherte Ladung als Funktion d^r erzeugt wird. Außerdem können Elektronen in jeder

einfallenden Ladung für eine 0,0127 mm dicke Folie gewünschten Tiefe im polymeren Material eingefan-

aus Polytetrafluorethylen mit der Strahlcnergie als gen werden, indem man einfach die Energie des

Parameter, und Elektronenstrahls entsprechend steuert.

Fig. 5 die effektive Oberfiächenladung als Funk- 65 Dünnfilmelektrete mit einer bipolaren Ladungs-

tion der Zeit für eine Anzahl unterschiedlicher Dünn- dichte, bei denen also positive Ladungsträger auf

filmelektrete, die mittels dem Verfahren nach der einer Seite und negative I adungsträger auf der ande-

Erfindung hergestellt sind. ren Seite vorhanden sind, können erfindungsgemäß

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auf verschiedene Weise hergestelR werden. So kann beispielsweise ein polymeres Material mit kleiner Fläche dadurch individuell aufgeladen werden, daß es in einem Rahmen in die Bahn des Elektronenstrahls eingesetzt wird. In der Praxis wurden kreisförmige Proben von etwa 10 cm Durchmesser geschnitten und zwischen zwei Pappringe eingesetzt, die eine kreisförmige Filmfläche von etwa 8 cm Durchmesser für die Bestrahlung freilassen. Die Bestrahlung wurde mit einem Beschleuniger für i.o. schwere Ioner, durchgeführt, der für die Elektronen-Extraktion durch Verwendung einer umgekehrt gepolten Spannungsquelle modifiziert war. Selbstverständlich kann jede Elektronenstrahlqudle, die einen Strahl mit einer Energie von 10 bis 40 keV erzeugen kann, verwende werden. Bu dem oben angegebenen Beispiel, bei dem eine kleine Filmprobe aufgeladen wurde, fand ein defokussierter Strahl kreisförmigen Querschnitts von angenähert 10 cm Durchmesser Verwendung. Die gerahmte Probe wurde auf einer Metallplatte angebracht und in der Bahn des Strahls innerhalb einer auf einem Dinck von angenähert 10 ^B Torr pehaltcnen Vakuumkammer angeordnet. Strahlströme von 0,01 bis 0,1 μΑ/cm² wurden über eine Zeitspanne von 1 bis 10 see angelegt. Das Produkt aus Strahlstrom und Wirkzeil (/ _Λ t mit / in Ampere und t in see) ist gleich der aufgebrachten Ladung und muß innerhalb der kritischen Werte von 10 ^K und 2 χ K) ⁷ Asec/cm-' aufrechterhalten werden. Bei niedrigeren Werten wird die Folie unzureichend aufgeladen, während bei höheren Werten die Gefahr der Funkenbildung auftritt. Nach dem Laden wird die Folie aus der Vakuumkammer entfernt. Bei typiT^en Filmui au? Polytrifluorchlorathvlen und Polytr-'^fluorathylen betrugen die grölJ-ten beobachteten Ladungsdichten 1,OxK)⁷ und 2,0 XlO⁷ C/cm². Die Ladungsdichtemessungen können mit einem zerlegbaren Kondensator oder mit Hilfe einer kontaktlosen Meßanordnung durchgeführt werden. Beinahe 100 ¹Vo der aufgefangenen Ladung wird im Film gespeichert bzw. gehalten, wenn die vorgesehenen /··. ^sdienwerte eingehalten werden.

Vorzugsweise wird das Filmmaterial in einem kontinuierlichen Arbeitsprozeß behandelt, z. B. dadurch, daß eine Bahn uis polymcrem Folienmalerial durch den Wirkungsbereich eines abtastenden Elektronenstrahls gezogen wird. Eine geeignete Anordnung zum kontinuierlichen Verarbeiten ist in F i g. 2 dargestellt. Ein Streifen aus dünner polymerer Folie 20 wird von einer Vorratsspule 21 abgezogen und auf eine Aufwickclspule 22 aufgewickelt. Wenn auch die Vorrats- und Aufwickelspulen gemäß F i g. 2 im Inneren der Vakuumkammer 23 angeordnet sind, können sie auch bei Verwendung geeigneter Vakummdichtungcin außerhalb der Vakummkammer angebracht werden. Die polymere Folie 20 hat beispielsweise die an Hand der Anwendung in einem Wandler gemäß Fig. 1 beschriebene Ausbildung. Sie kann beispielsweise in der in Fi g. 3 dargestellten Weise aus einem Dünnfilm aus polymcrem Material 10 von einer Stärke el in der Größenordnung von 10 bis 25 um und einer dünnen, auf eine Filmoberfläche ausgedampften Metallschicht 12 bestehen. Es können auch nichtmctallisierte Proben zur Verwendung in anderen Wandlern benutzt werden.

Auf dem Wege von der Spule 21 zur Spule 22 wird die Folie 20 voi einer geerdeten Metall-Gcgcn- oder -Stülzplatte 25 durch die Bahn des Elektronenstrahls 24 gezogen. Vorzugsweise wird der metallische Überzug 12 der Folie mit der Gegenplatte 25 über denjenigen Bereich in Kontakt gehalten, in welchem die Bestrahlung stattfindet. Bei nichtmetallisierten polymeren Folien wird die Folie vorzugsweise mit einer Gegenplatte in Kontakt gehalten.

Ein aus einem Elektronenstrahlerzeuger 26 austretender Elektronenstrahl wird auf den Film gerichtet und durch vertikale Diffraktionsplatten 27 und horizontale Platten. 28 unter Verwendung herkömmlicher Abtastmethoden gesteuert. Der sich ergebende Elektronenstrahl 24 trifft auf die Folie 20, wobei seine Intensität nicht ausreicht, um die Folie durchzuschlagen. Wenn die Folie während des Elektronenbeschusses in der dargestellten Richtung bewegt wird, wird der Strahl 24 nur horizontal, das heißt, in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsbahn der bewegten Folie 2ii abgelenkt. Wenn die Folie jedoch in der Bahn des Elektronenstrahls intermittierend angehalten wird, erfolgt sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Abtastung nach irgendeinem gewünschten Muster.

Unabhängig von der genauen Art der Umgebung für die Folienbestrahlung wird eine einheitlichere Dichte der zurückgehaltenen bzw. gespeicherten Elektronen bei einer kürzeren Aufladezeil erzeugt. Da es keinen Durchschlag des Polymeren gibt, wird tatsächlich jedes 1:1 dem HIm injizierte Elektron zurückgehalten und eine größere seitliche Gleichmäßigkeit der Ladung erzielt. Da der Film praktisch kein seitliches Streuen der Ladung zuläßt, ist leicht einzusehen, daß durch geeignetes Abdecken des Elektronenstrahls bestimmte Elektreienflächen auf dem Film hervorgerufen werden können. Mit einer programmierten Abdeckanordnung kann ein binäres Ladungsmustcr auf dem Film angebracht werden. In ähnlicher Weise können Bilder beliebiger Art auf dem Film erzeugt weiden. Da die gespeicherte I adung durch die einfallende Ladung genau gesteuert werden kann, können Bilder mit einer großen Zahl von Graulönen erzeugt werden. So wurden beispielsweise 20 GrauuJne auf 0,25 mm dicken Polytrifluorchloräthylenfolien erzeugt.

Die besondere Art der Ladungseinbringung, wie sie von der Erfindung zur Herstellung von Dünnfilmeleklrctcn vorgeschlagen wird, läßt sich am besten an Hand des Bereichs der Elektronen des Strahls, der Bahnlänge innerhalb des polymeren Films und der Leitfähigkeit der polymeren Materialien bei Vorhandensein und Fehlen von Bestrahlung erläutern. Der Maximalbereich r„„ der als derjenige Bereich definiert ist, in welchem die Übertragung in die Grundstrahlung eingeht, ist etwa gleich der Bahnlange. Es wurde gefunden, daß r,„ für 35 kcV-Elektronen etwa gleich 13 μΐη für Polytrifluorchloräthylen ist. Die meisten Elektronen des Strahls verlieren ihre gesamte Anfangsenergie und werden daher mehr oder weniger gleichmäßig innerhalb der Tiefen von 0,2 r„, bis ·ίΤ,6 r„, absorbiert. Die Leitfähigkeit der meisten Polymere wächst um mehrere Größenordnungen während der Bestrahlung. Nach Beendigung der Bestrahlung kehrt die Leitfähigkeit graduell auf ihren Anfvangswert zurück. Dadurch wird die folgende qualitative Erläuterung des Ladeprozesses nahegelegt.

Wenn der Maximalbereich r,„ der Elektronen kleiner als die Foliendicke d ist, ist die Leitfähigkeit während des Elektronenbeschusses im Aufschlagbereich

der Elektronen auf die Folie (Frontbereich) groß und .im anderen Bereich (Rückseite) gering. Die Leitfähigkeit ist außerdem im umgebenden Vakuum gering. Außerdem folgt das durch die in der Folie eingefange-

Die Zeitabhängigkeit der gespeicherten Ladung ist in Fig.5 für verschiedene Folien dargestellt, die verschiedenen Ümgebungs- ürid !Speiclierbedingüngen unterworfen sind. Für 25,4 jim Polyiriflüörchior-

nen Ladungsträger hervorgerufene elektrische Feld E 5 äthylen, das unter Laborbedingungen (25° C) ge-(a") der Gleichung f E (.v) dx — 0, wobei die Inte- lagert und pline Berührung mit den Meß- und Lagergration von der Gegenplatte 25 durch die Folie und einrichtungen gehallen ist, ergab sich kein merklicher das Vakuum (Dicke» d) bis zu den Wänden der Ladungsabfall (obere Kurve). Es wurde jedoch ein Kammer 23 erfolgt. Das Feld in dem ungeladenen 1 Sprozentiger Ladungsabfall bei unter denselben .Berückwärtigen Teil der Folie ist daher viel größer als io dingungen für die gleiche Zeitspanne gelagerten dasjenige im geladenen Fronibereich oder in dem 12,7 um Pölytrifluorchbräthylen beobachtet (diese umgebenden Vakuum. Da das Feld inn Frontbereich Ergebnisse sind in der Figur nicht gezeigt), der Folie und im Vakuum eine geringe Stärke hat Bei 12,7 pm Polyethylenterephthalat, Polytrifiuor- und die Leitfähigkeit im rückwärtigen Teil der Folie chloräthylen und Polytetrafluoräthylen, die unter und im Vakuum gering ist, baut sich eine negative 15 Laborbedingungen auf Papierblättcrn gelagert und Ladung im Frontbereich auf, bis die Sättigung er- mit Kontaktmeßniethoden gemessen wurden, ergab reicht ist. Auf Grund des starken Feldes zwischen sich ein großer anfänglicher Ladungsabfall. Ähnliche der Rück- bzw. Gegenplatte und der Ladungsschicht Ergebnisse wurden bei einer Lagerung der Folien auf wird eine positive Kompensationsladung von all- Metall erzielt. Nach einem anfäng'ichen Abfall gemein der gleichen Stärke im rückwärtigen Teil der 20 stabilisiert sich die Ladung auf Polytrifiuorchloräthy-Folic gebildet. Dies erklärt die Beobachtung negativer lcn und Polytetrafluoräthylen, und die Zeitkonstanten und positiver Oberflächen auf den vorderen bzw. des Ladungsabfalls an Polytrifluorchloräthylen errückwärtigen Seiten nichtmetallisierter Folien. Auf reichen 10 Jahre oder mehr. Die auf Polytrifluorder Rückseite einer metallisierten Folie kann nur die chloräthylen nach einigen Monaten festgehaltene I aprojizierte negative Ladung auf der Vorderseite 25 dung ist größer als diejenigen bei Thermuelektreten τ,.j· - ^- ./ ..,!.,I ;„ „,w c<m;„„ „,„im,» _m;, Γ-McV-Elektronenstrahlen

gemessen werden. Der Bedingung r„, < d wird in einer 0,13 mm dicken Polytrifluorchlorälhylenfolie bei Energien kleiner als 35 keV genügt. Dies erklärt die beobachteten starken Ladungen auf Grund von niederenerge'ischen Strahlen.

Bei r,„ > d ist die Leitfähigkeit über die Folie groß, und das Feld ist im überwiegenden Teil der Folie (ausgenommen einem dünnen Volumen in unmittelbarer Nähe der Vorderfläche) ebenfalls relativ stark.

oder Folien, weiche mit
aufgeladen wurden. Dieser l'mstand kann dem Vorhandensein zusätzlicher Einfangniveaus zugeschrieben werden, welche bei höheren Temperaturen ent-30 laden werden, und außerdem der Tatsache, daß da Ladungen ausschließlich im massiven Teil des Metalls vorhanden sind, wodurch die Wahrscheinlichkeit dt ι Rekombination mit aimosphärischen Ladungen verringert wird. Bei Thermoelektreten werden die La

Daher wird "d"r I ädiingsaufbau durch Leitung ver- 35 düngen ;m der MaterialoberRächo angebracht, wan

schlechten wodurch die bei 40-keV-Elektronen be- rend bei mit 1-MeV-Elektronenstrahlen aufgeladenen

nh-irhtctc 'beträchtlich geringere Sättigungsladung Folien die Ladungen (während und nach dem Be-

liFri ' schuß) von der dielektrischen Gegenplatte in Fin

^eV'ic 4 macht deutlich, daß die Strahlenergie ein fangstellen an der Oberfläche und im Innern streuen

kritischer Parameter bei der Herstellung gleichmäßig 40 Die neue, niederenergetische Methode ist wirksamer

pplndener Elektretfolien hoher Ladungsdichte ist. Es und führt zu geringerer Strahlungsfreisetzung (Dosen

S beispieSe bei einer 0,13 mm dicken Poly- von 10 « bis 10 · R) und geringeren Strahlungs-

telranuoräthvlenfolic .«fanden, daß Energien von schaden als die 1-MeV-Methode. weniecr als 5 keV sowoh' cmc unzureichende Ladung Außerdem ist in F 1 g. 5 der Ladungsabfall an

auf Grund "der Strahl.iR-nl· ung als auch ein unge- ₄₅ Polytrifluorchloräthylen bei 35° C und 90" η rela-

nüeendes Eindringen zur tolgc^haben. Energien von liver Feuchtigkeit gezeigt. Die Ladungsstabilität ist

mehr als 30 keV führen auch zu unzureichender unter diesen Bedingungen wiederum derjenigen von

1 d und zwar auf Grund vollständigen Eindrin- Thermoelektreten und mit 1-MeV-EIektronenstrahlen

sens des Strahls in dci oben beschriebenen Weise. Es geladenen Elektreten überlegen. Die gemessene La-

Pibt d-iher e^;nen kriechen Energiebereich zwischen ₅₀ dungsverteilung bei 25,4 ₍im Polytrifluorchloräthylen-

d 30 keV für PoIv mere wfe 0,13 mm dichtes folien, welche mit einem 20-keV-Ablaststrahl in der

PoMet-afluoräthylen Dieser kritische Parameter be- erfindungsgemäß vorgeschriebenen Weise aufgeladen

steht 7iisätzlich zum kritischen Bereich für die ein- sind, ist innerhalb eines Toleranzbereichs von ± 5 %

fXnde Laduns ausgedrückt nach der obigen Er- über der abgetasteten Oberfläche einheitlich. 90 Tage

läuterune in dem'Produkt aus Strom X Zeit (/ X f). 55 "^ach dem Aufladen durchgeführte Messungen er-

Bessere Elektretenfilme ergeben sich daher erfin- gaben, daß die Ladungsdichte innerhalb dieser Fläche

dunpseemäß durch Steuern de;r Strahlenergie und des auf diesem besonderen Material gleichmäßig bleibt.

Strom Zeit Produkts wobei ein Betrieb innerhalb der Die erzielte Ladungsverteilung ist bei weitem gleich-

hpVnnrfprpn und kritischen Parameteirbereiche anzu- mäßiger und die Ladungsspeicherfähigkeit ist größer

, . 60 als bei Thermoelektreten.

streben ist.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

409521/235

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Filmelektreten, bei dem in einem polymeren Film durch Elektronenbestrahlung eine Ladungsverteilung hervorgerufen wird, wobei die Elektronenstrahlenergic unterhalb der zum Durchdringen des Films notwendigen Energie eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung in an sich bekannter Weise im Vakuum erfolgt, die Elektronenstrahlenergie auf wenigstens 5 keV eingestellt wird, der Strahlstrom über eine solche Zeitspanne aufrechterhalten wird, daß sich ein Strom-Zeit-Produkt von etwa ICH bis 2 X ICh⁷ Asec/cm'- ergibt, und Jas Vakuum während der Bestrahlung unterhalb von 10 ⁵ Torr über eine auf das spezielle Strom-Zeit-Produkt abgestimmte Zeit aufrecht erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl systema- ao tisch derart abgelenkt wird, daß er ausgewählte Bereiche des polymeren Dünnfilms überstreicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Elektronenstrahls in an sich bekannter Weise nach einem vorgegebenen Code moduliert wird und die Modulationsintensität wenigstens intermittierend über Bereiche des Films für das zur Herstellung des Strom-Zeit-Produkts gewählte Zeitintervall aufrechterhalten wird, so daß im Film eine I.adungsverteilung entsteht, welche wenigstens teilweise durch bestimmte Energieniveaus gekennzeichnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Film kontinuierlich durch den Elektronenstrahl mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, welche dem speziellen Stmm-Zeit-Produkt angepaßt ist, und daß der Elektronenstrahl die Bewegungsbahn des Films überstreicht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Film in Nebeneinanderanordriung mit einer leitenden Elektrode so geführt wird, daß er das Elektronenstrahl-Bestrahlungsmuster im wesentlichen überspannt.