DE2501841A1 - DIELECTRIC GROUND - Google Patents
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Description
E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware'-19 898, V.St.A,EGG. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware'-19 898, V.St.A,
Dielektrische MasseDielectric ground
Die Erfindung bezieht sich auf den elektrischen Strom regelnde Sperrschichten, die als elektrisch betätigte Schalter verwendet werden können, sowie auf Erhitzer. The invention relates to electrical current regulating barriers which can be used as electrically operated switches and to heaters.
Zu den neuen Entwicklungen in der Halbleiter-Speichertechnik gehören änderbare Kontakte, mit deren Hilfe in einer regelmässigen Matrix angeordnete Halbleitervorrichtungen sich in Serie nach einem geplanten Schema so mit Leitern verbinden lassen, dass einige Vorrichtungen in der Matrix aktiv sind und andere nicht. Ein solches System wird als Mikroprogrammspeicher oder ROM-Speicher (read-only memory) bezeichnet, weil es sich zum Aussieben der Eingangs- und der Ausgangsinformation von elektronischen Datenverarbeitungsanlagen eignet.- Das Verfahren, welches darin besteht, nur diejenigen Halbleitervorrichtungen in der Matrix selektiv zu verbinden, die aktiviert werden sollen, wird als Einschreiben in den ROM-Speicher bezeichnet. Im allgemeinen wird eine vollständige, regelraässige Matrix ausThe new developments in semiconductor memory technology include changeable contacts, with the help of which in a regular Semiconductor devices arranged in a matrix can be connected in series with conductors according to a planned scheme, that some devices in the matrix are active and others are not. Such a system is called a microprogram memory or ROM memory (read-only memory) is called because it is used to filter out the input and output information from electronic Data processing systems are suitable - The procedure which consists of only those semiconductor devices Selectively connecting in the matrix to be activated is called writing to the ROM memory. in the in general, a complete, regular matrix is made up
— 1 —- 1 -
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Halbleitervorrichtungen hergestellt, selbst wenn einige der ■Vorrichtungen nicht für die Herstellung des gewünschten Schemas verwendet werden, wobei sich eine Sperrschicht zwischen einer jeden Halbleitervorrichtung und mindestens einem ihrer Verbindungsleiter befindet. Einige Sperrschichten werden so aktiviert, dass die Halbleitervorrichtungen in dem gewünschten Schema aktiv werden. Als Verbindungsglied zwischen dem Leiter und der Halbleitervorrichtung muss die Sperrschicht hochgradig elektrisch leitend sein, damit die Ansammlung von zu viel Wärme durch Streuung der elektrischen Energie in der Sperrschicht, die die Packungsdichte der Halbleitervorrichtungen je Volumeneinheit beeinträchtigen würde, vermieden wird. -■./-".-Semiconductor devices manufactured even if some of the devices are not suitable for manufacturing the desired scheme may be used, with a barrier layer between each semiconductor device and at least one of its Connecting conductor is located. Some barriers are activated so that the semiconductor devices in the desired Scheme become active. As a connecting link between the conductor and the semiconductor device, the barrier layer be highly electrically conductive to prevent the accumulation of too much heat by dissipating electrical energy in the Barrier layer, which would affect the packing density of the semiconductor devices per unit volume, avoided will. - ■ ./-".-
j yy y
Elemente für dicht gepackte ROM-Speichermatrizen müssen Sperrschichten enthalten, die entweder gleich bei ihrer Herstellung im Kontakt mit einer Halbleitervorrichtung oder durch elektrische Aktivierung zwecks steuerbarer Aktivierung der Halbleitervorrichtung einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweisen können. Die Sperrschichtmassen müssen bei denjenigen Temperaturen wärmebeständig sein* die gewöhnlich angewandt werden, um ohmische Legierungskontakte zwischen metallischen Leitern und Halbleitervorrichtungen in den gleichen oder benachbarten Elementen einer ROM-Speichermatrix herzustellen, wenn die Sperrschicht erzeugt wird, bevor die Kontakte hergestellt werden.Elements for densely packed ROM memory arrays must have barrier layers included, either immediately upon their manufacture in contact with a semiconductor device or by electrical Activation for the purpose of controllable activation of the semiconductor device have a low electrical resistance can. The barrier masses must be heat-resistant at those temperatures * which are usually used around ohmic alloy contacts between metallic conductors and semiconductor devices in the same or adjacent ones To produce elements of a ROM memory matrix, if the barrier layer is created before the contacts are made.
Für änderbare ROM-Speicher (AROM-Speicher) muss die ,Sperrschicht imstande sein, als Schalter zu wirken, der die Halbleitervorrichtung -in steuerbarer Weise aktiv oder inaktiv macht. Sie muss z.B. imstand.e sein, von einem niederohmigen in einen hochohmigen Zustand überzugehen, um die Halbleitervorrichtung zu entaktivieren, damit Fehler, die beim Einschreiben in den Speicher entstanden sind, berichtigt werden können, oder damit wesentliche Änderungen in dem Schema des Speichers vorgenommen werden können.For changeable ROM memories (AROM memories) the, barrier layer be able to act as a switch that controllably makes the semiconductor device active or inactive power. For example, it must be able to transition from a low-resistance to a high-resistance state in order to control the semiconductor device to be deactivated so that errors that occurred while writing to the memory are corrected can, or so that substantial changes can be made in the schema of the memory.
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Schalterartige Vorrichtungen, die in bisher bekannter Weise aus Gemischen von elektrisch leitenden und isolierenden Stoffen bestehen, sind unter Umständen für die Verwendung als Sperrschichtmassen ungeeignet, weil sie die elektrische Stromregelung nicht in einem hinreichend grossen Bereich ermöglichen, einen zu hohen elektrischen Widerstand haben, bei Verwendung des Speichers bei gewöhnlichen Temperaturen leicht spontan von einem niederohmigen in einen hochohmigen Zustand zurückspringen oder nicht wärmebeständig genug sind, um die Verarbeitungsbedingungen auszuhalten, die in der Technologie der Mikroschaltkreise und der integrierten Schaltkreise gewöhnlich angewandt werden. So kann ßa .z.B. sein, dass solche Vorrichtungen diejenigen Temperaturen nicht, vertragen, bei denen die Legierungsbindung zwischen Kontaktleitern und Halbleitervorrichtungen gewöhnlich durchgeführt wird, oder es kann sein, dass sie in ihrem elektrisch leitenden Zustand einen zu hohen Widerstand je Kontakt aufweisen.Switch-like devices that are made in a previously known manner from mixtures of electrically conductive and insulating materials exist, may be unsuitable for use as barrier masses because they control electrical current do not allow in a sufficiently large area, have too high an electrical resistance when used of the memory at normal temperatures easily spontaneously from a low-resistance to a high-resistance state spring back or are not heat resistant enough to withstand the processing conditions used in the technology of microcircuits and integrated circuits usually can be applied. So can ßa. be that such Devices cannot tolerate those temperatures at which the alloy bond between contact conductors and semiconductor devices usually carried out, or it may be in their electrically conductive state one too have high resistance per contact.
Sperrschichtmassen, die unmittelbar durch Aufdampfen von reinem Metall auf einen halbleitenden Träger, wie Silicium, hergestellt werden, reichen unter Umständen nicht aus, um genügend niedrige Kontaktwiderstandswerte zur Verfugung zu stellen, weil dies möglicherweise schon durch einige wenige monomolekulare Siliciumdioxidschichten verhindert wird, die sich auf Teilen des halbleitenden Trägers in einer Speichermatrix befinden können. Die Metalle, die im allgemeinen zum Bedampfen verwendet werden, sind diejenigen, die beim Erhitzen nach der Abscheidung aus der Dampfphase bei praktisch in Betracht kommenden Temperaturen, wie 350 bis 450 C, mit dem Siliciumträger Legierungen.bilden, um langlebige ohmische Kontakte von der erforderlichen niedrigen Leitfähigkeit zu erhalten. Ein Beispiel für ein verdampfbar'es Metall ist Aluminium.Barrier compounds, which are produced directly by vapor deposition of pure metal on a semiconducting support such as silicon may not be sufficient to provide sufficiently low contact resistance values, because this is possibly already prevented by a few monomolecular silicon dioxide layers which are can be located on parts of the semiconducting carrier in a memory matrix. The metals that are generally used for vapor deposition are those used in heating after vapor deposition at practical consideration Coming temperatures, such as 350 to 450 C, form alloys with the silicon substrate to create long-lasting ohmic contacts of the required low conductivity. An example of a metal that can be vaporized is aluminum.
Es besteht ein Bedürfnis nach Massen, die keine umständlichen Arbeitsvorgänge zur Herstellung von stromregelnden elektrischen Sperrschichten und Erhitzern benötigen. Ferner bestehtThere is a need for masses that do not require cumbersome operations to produce current regulating electrical Need barriers and heaters. Furthermore, there is
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0R-5527-A V 2 5 ü 1 8 4 10R-5527-A V 2 5 ü 1 8 4 1
ein Bedürfnis nach elektrischen Heizelementen, die ihre Widerstandskennwerte über verhältnismässig lange Zeiträume hinweg beibehalten.a need for electrical heating elements that show their resistance characteristics Maintained over relatively long periods of time.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dielektrische Sperrschichtmasse zur Verfügung zu stellen, die sich durch elektrische Aktivierung in einen niederohmigen Zustand überführen lässt. Weiter stellt sj-ch die Erfindung die Aufgabe, eine niederohmige, stromregelnde Sperrschicht zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Packungsdichte von Bauelementen in einem Speichersystem ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine aktivierte Sperrschicht zur Verfügung zu stellen, die bei gewöhnlichen Temperaturen nicht, spon-tan in einen hochohmigen Zustand zurückspringt. Der Erfindung1 liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Sperrschichtmasse für einen änderbaren ROM-Speicher zur Verfügung zu stellen, die sich durch einfache elektrische Mittel zwischen einem niederohmigen und einem hochohmigen Zustand hin- und herschalten lässt, um Fehler auszubessern oder Änderungen in dem Schema von aktiven Halbleitervorrichtungen vorzunehmen. Eine v/eitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sperrschichtmasse zur Verfugung zu stellen, die bei den Temperaturen, bei denen gewöhnlich Kontakte zwischen Leitern und Halbleitervorrichtungen in ROM-Speichersystemen hergestellt werden, stabil ist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Masse zur Verfügung zu stellen, die sich durch elektrische Aktivierung zu einem Widerstandsheizelement verarbeiten lässt. Schliesslich will die Erfindung Sperrschichten und Heizelemente zur Verfügung steilen, die sich in einfacher V/eise herstellen lassen.The invention is based on the object of providing a dielectric barrier layer compound which can be converted into a low-resistance state by electrical activation. Furthermore, the invention provides the object of providing a low-resistance, current-regulating barrier layer which enables components to be packaged at a high level in a storage system. Another object of the invention is to provide an activated barrier layer which does not spring back spontaneously into a high-resistance state at ordinary temperatures. The invention 1 is based on the further object of providing a barrier ground for a changeable ROM memory, which can be switched back and forth between a low-resistance and a high-resistance state by simple electrical means in order to repair errors or changes in the scheme of make active semiconductor devices. Another object of the invention is to provide a barrier compound that is stable at the temperatures at which contacts are commonly made between conductors and semiconductor devices in ROM memory systems. It is a further object of the invention to provide a mass which can be processed into a resistance heating element by electrical activation. Finally, the invention aims to provide barrier layers and heating elements that can be produced in a simple manner.
Gegenstand der Erfindung sind dielektrische Massen, die sich nach einer oder mehreren Methoden der elektrischen Behandlung, wie sie nachstehend beschrieben sind, in niederohmige Zustände überführen lassen und zu 10 bis 90 Volumprozent aus Metallteilchen bestehen, die einen isolierenden Überzug aufweisenThe subject of the invention are dielectric masses, which are obtained by one or more methods of electrical treatment, as described below, can be converted into low-resistance states and made up of 10 to 90 percent by volume of metal particles exist, which have an insulating coating
b ü o y / '■ /1! μ b οb ü oy / '■ / 1! μ b ο
und praktisch homogen in einem reinen polymeren Bindemittel dispergiert sind, dessen Anteil 90 bis 10 Volumprozent beträgt, und das eine Einfriertemperatur (T ) von mindestens 100 C,and practically homogeneous in a pure polymeric binder are dispersed, the proportion of which is 90 to 10 percent by volume, and which have a freezing temperature (T) of at least 100 C,
ο
vorzugsweise mindestens 150 C, aufweist. Im Sinne der Erfin-■
dung wird Tg nach der in "Newer Methods of Polymer Characterization",
herausgegeben von Bacon Ke, Verlag Interscience Publishers, New York, 1964, auf Seite 393 ff. beschriebenen Methode
bestimmt. Als reines Polymerisat wird hier ein organisches Polymerisat bezeichnet, das zur Erzielung seines endgültigen
steifen Charakters (hohe T) keine zusätzlichen Reaktionsteilnehmer
benötigt (das z.B. keine Vernetzungsmittel, wie die Polyamine, benötigt, die zur"Härtung von Epoxyharzen
verwendet werden). Ferner bezieht sich die Erfindung .auf elektrische
Widerstandsmassen, die sich für Stromregler und elektrische Heizelemente eignen und durch elektrische Aktivierung
der dielektrischen Massen erzeugt v/erden. Ferner betrifft die Erfindung die stromregelnde elektrische Sperrschicht, die
durch elektrische Entladungsaktivierung der dielektrischen Masse gemäss der Erfindung erzeugt wird.ο
preferably at least 150 ° C. For the purposes of the invention, T g is determined by the method described in "Newer Methods of Polymer Characterization", published by Bacon Ke, Interscience Publishers, New York, 1964, on page 393 ff. An organic polymer is referred to here as a pure polymer which does not require any additional reactants to achieve its final rigid character (high T) (which does not require any crosslinking agents such as the polyamines which are used to "harden epoxy resins") The invention relates to electrical resistance masses which are suitable for current regulators and electrical heating elements and which are produced by electrical activation of the dielectric masses. Furthermore, the invention relates to the current-regulating electrical barrier layer which is produced by electrical discharge activation of the dielectric mass according to the invention.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf die Masse in Form einer stromregelnden Sperrschicht, die elektrisch zu einem niederohmigen Zustand aktiviert ist und in dem niederohmigen Zustand einen verhältnisrnässig schwachen Lesestrom leitet, sich zwischen dem niederohmigen und einem hochohmigen Zustand hin- und herschalten lässt und sich für Speichermatrizen eignet, wie es nachstehend im einzelnen beschrieben ist. Zu diesem Verwendungszweck besteht die Sperrschichtmasse vorzugsweise zu 75 bis 15 Volumprozent aus dem Bindemittel und zu 25 bis 85 Volumprozent aus den Metallteilchen, um bei der Aktivierpng einen niedrigen Widerstandswert zu erreichen, wie es nachstehend beschrieben ist.A particular embodiment of the invention relates to the mass in the form of a current-regulating barrier layer, which is electrically activated to a low-resistance state and in which low-resistance state conducts a relatively weak read current, between the low-resistance and a high-resistance State can be switched back and forth and is suitable for memory matrices, as described in detail below. The barrier compound is used for this purpose preferably 75 to 15 percent by volume from the binder and 25 to 85 percent by volume from the metal particles, in order to achieve a low resistance value when activating, as described below.
Eine andere besondere Ausführungsform der Erfindung ist eine elektrisch aktivierte Masse in Form eines Widerstandes mit .einem elektrischen Widerstand, der für die Zwecke der elektri-Another particular embodiment of the invention is an electrically activated mass in the form of a resistor with .an electrical resistance that is used for the purpose of electrical
sehen Heizung ausreicht, z.B. im Bereich von 10 bis 100 Ohm,
wie nachstehend beschrieben. Für Widerstandsheizelemente, bei denen verhältnismässig grosse Flächen aktiviert und Randelektroden
verwendet werden müssen, bestehen die aktivierbaren
Sperrschichtmassen vorzugsweise zu 35 bis 80 Volumprozent aus Metallteilchen und zum Rest im wesentlichen aus dem Bindemittel.
see heating is sufficient, e.g. in the range of 10 to 100 ohms,
as described below. For resistance heating elements in which relatively large areas have to be activated and edge electrodes have to be used, there are those that can be activated
Barrier layer compositions preferably consist of 35 to 80 percent by volume of metal particles and the remainder essentially of the binder.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
Bindemittel und Metall so gewählt, dass man eine Sperrschicht erhält, die bei den Temperaturen, die zur Herstellung von niederohmigen
Kontakten zwischen Leitern und Halbleitervorrichtungen angewandt werden, z.B. bei Temperaturen im Bereich, von
200 bis 450° C, stabil ist. Eine bevorzugte Methode der elektrischen
Aktivierung ist die Anlegung eines kurzzeitigen
Gleichstromimpulses an die Sperrschicht, gewöhnlich von einer Dauer zwischen 1 MikrοSekunde und 1 Millisekunde. Man kann die
elektrische Aktivierung auch durch kurzzeitiges Anlegen eines Wechselstrompotentials herbeiführen. Wenn die Sperrschicht sich
im niederohmigen Zustand befindet, kann sie durch einen kleinen, strombegrenzten Impuls von etwa 0,1 bis 10 mA in den hochohmigen
Zustand übergeführt werden, wobei der untere Teil dieses Bereichs bevorzugt und der Impuls so geregelt wird, dass
die Stromstärke am Ende des Impulses sehr schnell auf einen
neuen Wert, gewöhnlich Null, abfällt. Wenn die Sperrschicht
sich in ihrem hochohmigen Zustand befindet, lässt sie sich
durch einen Spannungsimpuls, der in typischer Weise zwischen
etwa 10 V und 300 V liegt, in den niederohmigen Zustand umschalten, wobei der Impuls so geregelt wird, dass die Stromstärke
am Ende des-Impulses verhältnismässig langsam auf einenAccording to a preferred embodiment of the invention, the binder and metal are selected so that a barrier layer is obtained which is effective at the temperatures used to produce low-resistance contacts between conductors and semiconductor devices, for example at temperatures in the range from 200 to 450 ° C, is stable. A preferred method of electrical activation is the application of a short-term
DC pulse to the junction, usually between 1 microsecond and 1 millisecond duration. The electrical activation can also be brought about by briefly applying an alternating current potential. If the barrier layer is in the low-resistance state, it can be converted to the high-resistance state by a small, current-limited pulse of about 0.1 to 10 mA, the lower part of this range being preferred and the pulse being regulated in such a way that
the current strength at the end of the pulse to one very quickly
new value, usually zero, drops. When the barrier
is in its high-resistance state, it lets itself
by a voltage pulse, which is typically between
about 10 V and 300 V, switch to the low-resistance state, whereby the pulse is regulated in such a way that the current intensity at the end of the pulse increases relatively slowly to a
niedrigen Wert abfällt.low value drops.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.To further explain the invention, reference is made to the drawings.
5Q9l; < - /"'!-J :>5Q9l ; <- / "'! - J:>
0R-5527-A ? 25U18410R-5527-A? 25U1841
Fig. 1 ist ein teilweise im Schnitt ausgeführter Seitenaufriss einer Reihe in einer Matrix von Halbleitervorrichtungen, wobei jede Vorrichtung in federbelastetem Kontakt mit einem fortlaufenden Film aus einer den elektrischen Strom regelnden Masse steht. Fig. 2 ist ein im Schnitt ausgeführter Seitenaufriss und zeigt eine im Bindungskontakt mit einem p-Leitfähigkeitsbereich einer Diode stehende Sperrschicht, einen typischen benachbarten Metallfilm, der sich auf der benachbarten n-Leitfähigkeitsoberflache befindet, einen Metallfilm auf der gegenüberliegenden Seite der Sperrschicht und eine Teslaspule, um die Sperrschicht durch Aktivierung in einen niederohmigen Zustand überzuführen. . ,^1 is a side elevational view, partially in section, of a row in an array of semiconductor devices, wherein each device in spring-loaded contact with a continuous Film from a mass regulating the electric current. Figure 2 is a sectional side elevation and shows a barrier layer in bond contact with a p-type conductivity region of a diode, a typical adjacent one Metal film that is on the adjacent n-conductivity surface a metal film on the opposite side of the barrier and a Tesla coil to convert the barrier layer into a low-resistance state by activation. . , ^
Die Erfindung bezieht sich auf die oben beschriebene dielektrische Masse und die daraus hergestellten, den 'elektrischen Strom regelnden Sperrschichten. Das reine polymere Bindemittel in der Masse hat eine Einfriertemperatur von mindestens 100° C, vorzugsweise mindestens 150° C, es darf mit den metallischen Füllstoffteilchen nicht reagieren, und es muss die thermischen Spannungen aushalten, die bei der Herstellung des Systems, von dem es einen Teil bildet, z.B. bei der Herstellung von niederohmigen Kontakten zwischen Leitern und Halbleitervorrichtungen, zur Einwirkung kommen können. Nach einer Methode der Herstellung von ohmischen Kontakten wird Wärme angewandt, um eine Legierung zwischen einem Metall, im allgemeinen einem durch Yakuumbedampfung abgeschiedenen Metall, und dem betreffenden Halbleitermaterial zu bilden. Typische Bindungen dieser Art sind Legierungsbindungen zwischen metallischem Aluminium und einem Halbleiter aus Silicium oder"zwischen metallischem. Gold und einem Halbleiter aus Germanium. Da bei dem zum Legieren des Leiters mit der Halbleiteroberfläche durchgeführten Erhitzungövorgang die dielektrische Masse sich auf mindestens einem Teil der HalbleiteroberflächeThe invention relates to the dielectric described above Ground and the barrier layers produced from it, which regulate the electrical current. The pure polymeric binder in the mass has a freezing temperature of at least 100 ° C, preferably at least 150 ° C, it may with the metallic Filler particles do not react and it has to withstand the thermal stresses involved in the manufacture of the System of which it forms a part, e.g. in the production of low-resistance contacts between conductors and semiconductor devices, can come into effect. According to a method of making ohmic contacts, heat is applied, an alloy between a metal, generally a vacuum deposited metal, and to form the semiconductor material in question. Typical bonds of this type are alloy bonds between metallic ones Aluminum and a semiconductor made of silicon or "between metallic. Gold and a semiconductor made of germanium. As for the alloying of the conductor with the semiconductor surface performed Erhitzungövorgang the dielectric mass on at least part of the semiconductor surface
befindet, und da die zum Legieren erforderlichen Temperaturen normalerweise im Bereich von 200 bis 450° C liegen, muss das mit Füllstoffen versehene Bindemittel bei diesen Temperaturenand since the temperatures required for alloying are usually in the range of 200 to 450 ° C, this must be the case filled binders at these temperatures
beständig sein. So werden z.B. Kontakte zwischen Gold und Germanium bei ihrer Herstellung etwa 5 bis 30 Minuten auf 300 C erhitzt, und die noch üblicheren Kontakte zwischen Aluminium und Silicium werden bei ihrer Herstellung für ähnliche Zeitdauern auf 450° C erhitzt. Die Fähigkeit des mit Füllstoffen versehenen Bindemittels, die hohe Temperatur, bei der der Kontakt mit der Sperrschicht hergestellt wird, ohne Zersetzung und Unbrauchbarwerden zu erleiden, kann durch einen einfachen Versuch bestimmt werden, indem man die Masse 2 Stunden auf die für die Legierungsbildung in Aussicht genommene Temperatur erhitzt und den Gewichtsverlust bestimmt. Dielektrische Massen, die dabei einen Gewichtsverlust von nicht mehr als 3 %, vorzugsweise von nicht mehr als 1 %, erleiden, eignen sich als Sperrschichtmassen. Wenn man sich des Vergiessens aus Lösung in einem Lösungsmittel bedient, um die Sperrschichtmasse bei der Kontaktherstellung abzuscheiden, soll das Lösungsmittel durch Erhitzen der Masse auf 100° C, erforderlichenfalls unter vermindertem Druck, bis zur Gewichtskonstanz abgetrieben werden, bevor die Masse bei der Eignungsprüfung auf die zum Legieren erforderlichen Temperaturen erhitzt wird.be constant. For example, contacts between gold and germanium are heated to 300 C for about 5 to 30 minutes during their production, and the even more common contacts between aluminum and silicon are heated to 450 ° C for similar periods of time during production. The ability of the filled binder to undergo the high temperature at which contact with the barrier layer is made without degradation and deterioration can be determined by a simple experiment by taking the mass 2 hours into the prospect for alloy formation The temperature taken is heated and the weight loss is determined. Dielectric materials which suffer a weight loss of not more than 3 %, preferably not more than 1 % , are suitable as barrier materials. If casting from solution in a solvent is used to deposit the barrier layer compound when making contact, the solvent should be driven off to constant weight by heating the compound to 100 ° C, if necessary under reduced pressure, before the compound is subjected to the suitability test the temperatures required for alloying are heated.
Die steifen, reinen Polymerisate, die erfindungsgemäss verwendet werden, umfassen im wesentlichen lineare thermoplastische Polymerisate sowie Polymerisate, wie aromatische Polyimide, die zwar theoretisch linear sind, aber anscheinend infolge von intermolekularen Reaktionen zwischen funktioneilen Gruppen des Polymerisats einen gewissen Grad von Vernetzung zwischen den Polymerisatketten aufzuweisen scheinen (was sich aus ihrer hochgradigen Unlöslichkeit ergibt). Trotz der Möglichkeit der Vernetzung zwischen den Polymerisatketten ermöglicht die Verwendung dieser Polymerisate "einteilige" Formulierungen zur Herstellung der elektrisch aktivierbaren Sperrschichten und Erhitzer gemäss der Erfindung, da ein zusätzliches Vernetzungsmittel nicht erforderlich ist. Daher ermöglichen die erfindungsgemäss verwendeten polymeren Bindemittel die schnelle und einfache Herstellung der Sperrschichten undThe rigid, pure polymers used according to the invention essentially include linear thermoplastic polymers and polymers such as aromatic polyimides, which are theoretically linear, but apparently as a result of intermolecular reactions between functional groups of the polymer seem to have a certain degree of crosslinking between the polymer chains (which is from their high degree of insolubility). Despite the possibility of crosslinking between the polymer chains, the use of these polymers enables "one-part" formulations for the production of the electrically activatable barrier layers and heater according to the invention, as an additional one Crosslinking agent is not required. The polymeric binders used according to the invention therefore make it possible the quick and easy production of the barriers and
Erhitzer.Heater.
6 0 9 8 2 S / U 9 5 0.6 0 9 8 2 S / U 9 5 0.
Zu den für die Sperrschichtmassen gemäss der Erfindung verwendbaren polymeren Bindemitteln gehören auch Polymerisate, die geringe Mengen an Lösungsmitteln oder anderen Stoffen enthalten, die ihre Einfriertemperatur etwas herabsetzen, indem sie als Weichmacher wirken. Normalerweise haben solche Zusätze kaum einen Einfluss auf die Wärmebeständigkeit der Polymerisate, da sie gewöhnlich niedrige Siedepunkte haben und leicht verdampfen. Bei der Herstellung von Mikroschaltkreisen sollen solche Zusätze aber durch Verflüchtigung aus den Polymerisaten entfernt werden, bevor metallische Leiter durch Vakuumbedampfung aufgetragen werden, um Entgasungsprobleme und die Verunreinigung des Pumpenöls zu verme.ideji^ /The polymeric binders which can be used for the barrier layer compositions according to the invention also include polymers which contain small amounts of solvents or other substances that lower their freezing temperature a little by they act as plasticizers. Usually such additives have little effect on the heat resistance of the polymers, since they usually have low boiling points and evaporate easily. In the manufacture of microcircuits should Such additives are removed from the polymers by volatilization before metallic conductors are removed by vacuum vapor deposition should be applied to avoid degassing problems and contamination of the pump oil.
' ■- . t -Der Wert der Massen gemäss der Erfindung hängt beträchtlich von der Einfriertemperatur (T ) des Polymerisats* ab. Im Inter-'■ - . t - The value of the compositions according to the invention depends considerably on the glass transition temperature (T) of the polymer *. In the inter-
esse der Stabilität des niederohmigen Zustandes der Sperrschicht bei Raumtemperatur ist ein Polymerisat mit einer Einfriertemperatur von mindestens etwa 60 C erforderlich (Beispiel 5, Tabelle IV). Da aber Speichersperrschichten und Erhitzer bei der Verwendung der Einwirkung erheblich höherer Temperaturen ausgesetzt sein können, werden im Sinne der Erfindung Polymerisate mit einer Einfriertemperatur von mindestens 100 C verwendet, und diejenigen mit einer T gleichesse of the stability of the low-resistance state of the barrier layer at room temperature is a polymer with a glass transition temperature of at least about 60 C is required (Example 5, Table IV). But there are storage barriers and heaters can be exposed to significantly higher temperatures when using the action are within the meaning of the invention Polymers with a glass transition temperature of at least 100 C are used, and those with a T equal to
oder grosser als 150 C werden bevorzugt. Durch die Verwendung von Polymerisaten mit so hohen Einfriertemperaturen wird die Neigung dieser Speichersperrschichten zum spontanen Übergang von dem niederohmigen in den hochohmigen Zustand (Beispiel 7) auf ein Minimum beschränkt, und man erhält Erhitzerwiderstände, die auch bei Temperaturen, welche die Einfriertemperatur des Polymerisats überschreiten, stabil sind (Beispiel 9).or greater than 150 ° C are preferred. By using of polymers with such high freezing temperatures, the tendency of these storage barrier layers to transition spontaneously from the low-ohmic to the high-ohmic state (example 7) is limited to a minimum, and heating resistances are obtained, which are stable even at temperatures which exceed the glass transition temperature of the polymer (Example 9).
Repräsentative'polymere Bindemittel mit Einfriertemperaturen von mindestens 100 C sind organische Polymerisate, wie beispielsweise die bekannten Polybenzimidazole, aromatischen Polyimide, Poly-(amid-imide), Poly-(ester-imide), Polysulfone, Polyamide. Polycarbonate, Polyacrylnitrile, Polyraethacrylni-Representative polymer binders with glass transition temperatures of at least 100 C are organic polymers, such as the well-known polybenzimidazoles, aromatic polyimides, poly- (amide-imides), poly- (ester-imides), polysulfones, Polyamides. Polycarbonate, polyacrylonitrile, polyraethacrylni-
- 9 - . ' ;: ■. '6 Q 9.8 2 i>/u £5 G- ·- 9 -. ';: ■. '6 Q 9.8 2 i> / u £ 5 G- ·
trile, Polymethacrylsäuremethylester, Polystyrole, Poly-(atme thylstyrole) und Cellulosetriacetate. Repräsentative Vertreter dieser Gruppen sowie ihre Einfriertemperaturen sind in Tabelle I aufgeführt.trile, polymethacrylic acid methyl ester, polystyrenes, poly (atme thylstyrenes) and cellulose triacetates. Representative representatives of these groups and their freezing temperatures are shown in the table I listed.
Organische PolymerisateOrganic polymers
Aromatisches Polyimid (DAPE-PMDA) , 380Aromatic polyimide (DAPE-PMDA), 380
Aromatisches Poly-(amid-imid) (MAB/PPD-PMDA) 265Aromatic poly (amide-imide) (MAB / PPD-PMDA) 265
Aromatisches Polysulfon 190Aromatic polysulfone 190
Polycarbonat . - >.. 130-150Polycarbonate. -> .. 130-150
Aromatisches Polyamid (70 % IP/30 % TP-MPD). .130Aromatic polyamide (70 % IP / 30 % TP-MPD). .130
Polymethacrylnitril \ 120Polymethacrylonitrile \ 120
Polymethacrylsäuremethylester 105Polymethacrylic acid methyl ester 105
Cellulosetriacetat 105Cellulose triacetate 105
Polystyrol 100Polystyrene 100
DAPE = DiaminodiphenylätherDAPE = diaminodiphenyl ether
PMDA = PyromellithsäuredianhydridPMDA = pyromellitic dianhydride
MAB = m-AminobenzoesäureMAB = m-aminobenzoic acid
PPD = p-PhenylendiaminPPD = p-phenylenediamine
IP = IsophthalsäurechloridIP = isophthalic acid chloride
TP = TerephthalsäurechloridTP = terephthalic acid chloride
MPD = m-PhenylendiaminMPD = m-phenylenediamine
Aromatische Polyimide mit Einfriertemperaturen von mindestens 100° C1 vorzugsweise von mindestens 150° C, sind eine bevorzugte Klasse von erfindungsgemäss als Bindemittel verwendbaren Polymerisaten. Solche Polyimide und ihre Herstellung sind an sich bekannt, z.B. aus den USA-PSen 3 179 630, 3 179 631, 3 179 632, 3 179 633, 3 179 634 und 3 287 311. Geeignete Polyimide haben die allgemeine FormelAromatic polyimides having glass transition temperatures of at least 100 ° C for 1 preferably of at least 150 ° C, a preferred class of polymers useful in this invention as a binder. Such polyimides and their preparation are known per se, for example from US Patents 3,179,630, 3,179,631, 3,179,632, 3,179,633, 3,179,634 and 3,287,311. Suitable polyimides have the general formula
- 10 -60^82b/ÖBbÖ - 10 - 60 ^ 82b / ÖBbÖ
0R-5527-A0R-5527-A
ft Oft O
/8N/ 8 N
ft Oft O
in der η eine so grosse ganze Zahl bedeutet, dass das Polymerisat die für die Verwendung als Bindemittel erforderlichen mechanischen Eigenschaften aufweist, R einen von einem aromatischen Tetracarbonsäuredianhydrid abgeleiteten vierwertigen Rest bedeutet, wobei der aromatische Molekülteil mindestens einen Ring mit 6 Kohlenstoffatomen aufweist und durch' benzolartige ungesättigte Bindungen gekennzeichnet ist', während R1 einen von einem Diamin abgeleiteten zweiwertigen Rest bedeutet. Zu den aromatischen Tetracarbonsäuredianhydriden, die sich zur Herstellung von erfindungsgemäss verwendbaren Polyimiden eignen, gehören diejenigen, bei denen jede der vier - Carbonylgruppen des Dianhydrids an ein anderes Kohlenstoffatom eines Benzolringes gebunden ist, wobei die Kohlenstoffatome eines jeden Paares von Carbonylgruppen unmittelbar an benachbarte Kohlenstoffatome eines Benzolringes gebunden sind. Beispiele für Dianhydride, die sich zur Herstellung von als Bindemittel verwendbaren Polyimiden eignen, sind Pyromellithsäuredianhydrid, Naphthalin-Z^jö^-tetracarbonsäuredianhydrid, Diphenyl-3, 3',4,4'-tetracarbonsäuredianhydrid, Naphthalin-1,2,5,6-tetracarbonsäuredianhydrid, Diphenyl-2,2',3,3'-tetracarbonsäuredianhydrid , 2,2-Bis-(3,4-dicarboxyphenyl)-propandianhydrid, Bis-(3,4-dicarboxyphenyl)-sulfondiannydrid und Benzophenon-3,3',4,4·-tetracarbonsäuredianhydrid.in which η means such a large whole number that the polymer has the mechanical properties required for use as a binder, R means a tetravalent radical derived from an aromatic tetracarboxylic acid dianhydride, the aromatic moiety having at least one ring with 6 carbon atoms and by 'benzene-like unsaturated bonds is marked ', while R 1 means a divalent radical derived from a diamine. The aromatic tetracarboxylic dianhydrides which are suitable for the preparation of polyimides which can be used according to the invention include those in which each of the four carbonyl groups of the dianhydride is bonded to a different carbon atom of a benzene ring, the carbon atoms of each pair of carbonyl groups being directly to adjacent carbon atoms of a benzene ring are bound. Examples of dianhydrides which are suitable for the production of polyimides which can be used as binders are pyromellitic dianhydride, naphthalene-Z ^ jö ^ -tetracarboxylic dianhydride, diphenyl-3, 3 ', 4,4'-tetracarboxylic dianhydride, naphthalene-1,2,5,6 tetracarboxylic dianhydride, diphenyl-2,2 ', 3,3'-tetracarboxylic dianhydride, 2,2-bis- (3,4-dicarboxyphenyl) -propanedianhydride, bis- (3,4-dicarboxyphenyl) -sulfonediannydride and benzophenone-3,3 ', 4,4 · -tetracarboxylic acid dianhydride.
Für die Herstellung erfindungsgemäss verwendbarer Polyimide geeignete organische Diamine sind diejenigen der allgemeinen Formel HpN-R' -NHo» -*-n ^er ^-er zweiwertige Rest R1 ein aromatischer, aliphatischer, cycloaliphatischer, aromatisch-ali-Organic diamines suitable for the production of polyimides which can be used according to the invention are those of the general formula HpN-R '-NHo »- * - n ^ er ^ - er divalent radical R 1 an aromatic, aliphatic, cycloaliphatic, aromatic-ali-
,- 11 -, - 11 -
60982 b/OBbO60982 b / OBbO
0R-5527-A 2 5Ü18410R-5527-A 2 5Ü1841
phatischer, heterocyclischer Rest oder ein organischer Brükkenrest sein kann, bei dem das Brückenatom Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Silicium oder Phosphor sein kann. Der Rest R1 kann in bekannter Weise substituiert oder unsubstituiert sein. Bevorzugte Re-ste R' sind diejenigen, die mindestens 6 Kohlenstoffatome enthalten und sich durch benzolartlge ungesättigte Bindungen kennzeichnen, z.B. p-Phenylen, m-Phenylen, Biphenylen, Naphthylen und der Rest der allgemeinen Formelphatic, heterocyclic radical or an organic bridging radical in which the bridging atom can be carbon, oxygen, nitrogen, sulfur, silicon or phosphorus. The radical R 1 can be substituted or unsubstituted in a known manner. Preferred residues R 'are those which contain at least 6 carbon atoms and are characterized by benzene-type unsaturated bonds, for example p-phenylene, m-phenylene, biphenylene, naphthylene and the remainder of the general formula
in der R" einen Alkylen- oder Alkylidenrest mit 1 ''bis* 3 Kohlenstoffatomen, ein Sauerstoffatom, ein Schwefelatom oder den Rest SO2 bedeutet.in which R "denotes an alkylene or alkylidene radical with 1 ″ to * 3 carbon atoms, an oxygen atom, a sulfur atom or the radical SO 2 .
Die oben beschriebenen Diamine können auch zur Herstellung von als Bindemittel verwendbaren Polyamiden dienen. Zu den Diaminen, die für die Herstellung der als Bindemittel verwendbaren Polyamide und Polyimide bevorzugt werden, gehören m-Phenylendiamin, p-Phenylendiamin, 2,2-Bis-(4-aminophenyl)-propan,· 4,4·-Diaminodiphenylmethan, Benzidin, 4,4' -Diaminodiphenylsulfid, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 3,3'-Diaminodiphenylsulfon und 4,4f-Diaminodiphenyläther.The diamines described above can also be used to produce polyamides which can be used as binders. The diamines which are preferred for the production of the polyamides and polyimides which can be used as binders include m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 2,2-bis (4-aminophenyl) propane, 4,4-diaminodiphenylmethane, benzidine , 4,4 '-Diaminodiphenylsulfid, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylsulfone and 4.4 f -Diaminodiphenyläther.
Einige Polyimide lassen sich bekanntlich nicht leicht verarbeiten, weil sie zu hohe Schmelzpunkte haben. In solche Polyimide müssen die für die Masse gemäss der Erfindung erforderlichen Metallteilchen bei der Herstellung eingelagert werden. Zum Beispiel können die Metallteilchen zu der Polyamidsäure zugesetzt werden, die ein ve'rarb'eitbares Zwischenprodukt bei der Herstellung des Polyimide bildet. Polyamidsäuren lösen sich bekanntlich in geeigneten Trägerlösungsmitteln. Nach solchen Methoden lassen sich die Metallteilchen in einer Polyamidsäure in einem Trägerlösungsmittel dispergieren, und dieIt is well known that some polyimides are not easy to process, because they have too high melting points. Such polyimides must be those required for the composition according to the invention Metal particles are stored during production. For example, the metal particles can be added to the polyamic acid be added, which is a processing intermediate product the production of the polyimide forms. Polyamic acids are known to dissolve in suitable carrier solvents. To such methods can disperse the metal particles in a polyamic acid in a carrier solvent, and the
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50982 :)/09&Ü50982 :) / 09 & Ü
Mengen an Polyamidsäure und durch das Dispergieren innig damit gemischten Metallteilchen werden so bemessen, dass sich bei der Umwandlung mindestens eines Teiles der Polyamidsäure zum Polyimid und beim Entfernen mindestens eines Teiles des Trägerlösungsmittels die oben beschriebene Masse aus Polyimid und Metallteilchen bildet. Solche Massen aus Polyamidsäure, Trägerlösungsmittel und Metallteilchen haben dielektrische Eigenschaften und lassen sich vor der Umwandlung der Polyamidsäure zum Polyimid und dem Entfernen des Trägerlösungsmittels je nach Wunsch verformen.Amounts of polyamic acid and metal particles intimately mixed therewith as a result of the dispersion are measured in such a way that converting at least a portion of the polyamic acid to the polyimide and removing at least a portion of the carrier solvent forms the above-described composition of polyimide and metal particles. Such compositions of polyamic acid, carrier solvent, and metal particles have dielectric properties and can be removed prior to the conversion of the polyamic acid to the polyimide and the removal of the carrier solvent deform as desired.
Ein als Bindemittel besonders bevorzugtes Polyimid mit einer Einfriertemperatur von 380 C kann aus der entsprechenden Polyamidsäure als Zwischenprodukt in N-Methyl-2-pyrralidon hergestellt werden (im Handel erhältlich als "PYkE-ML"-Drahtlack RC-5057). Das sich aus einer solchen Polyamidsäure bildende und Aluminiumteilchsn in Dispersion enthaltende Polyimid verträgt eine Temperatur von 450° C lange genüge um (durch Legierung) niederohisige Widerstandskontakte zwischen Leitern aus Aluminium un.i. Halbleitervorrichtungen aus Silicium in den gleichen oder benachbarten Elementen eines veränderbaren ROM-Speichers herzustellen, und es kann dauernd einer Temperatur von 220° C ausgesetzt werden. -A polyimide which is particularly preferred as a binder and has a glass transition temperature of 380 ° C. can be prepared from the corresponding polyamic acid as an intermediate in N-methyl-2-pyrralidone (commercially available as "PYkE-ML" wire enamel RC-5057). The polyimide which is formed from such a polyamic acid and contains aluminum particles in dispersion can withstand a temperature of 450 ° C. for a long time sufficient to (by alloying) low-resistance contacts between conductors made of aluminum and the like. Silicon semiconductor devices in the same or adjacent elements of a variable ROM memory and it can be continuously exposed to a temperature of 220 ° C. -
Aromatische Polyamide mit der erforderlichen Einfriertemperatur sind in den US-PSen 3 006 899, 3 094 511, 3 232 910, 3 240 760 und 3 354 127 beschrieben. Ein solches Polymerisat, das erfindungsgemäss verwendet werden kann, lässt sich durch die Formel -£- COCgH^CONHC^K^NH -J- darstellen, in der ή eine grosse ganze Zahl ist. Besonders bevorzugt wird ein Polymerisat dieser Formel, bei der die -COCgH^CQ-Einheiten Isophthaloyl- und/oder Terephthaloyleinheiten 'und die NHC^H^NH-Einheiten m-Phenylendiamineinheiten sind. Ein solches, als Bindemittel besonders bevorzugtes aromatisches Polyamid erhält man durch Umsetzung von äquimolektilaren Mengen m-Phenylendiamin und Phthalsäurechlorid, wobei das letztere ein Gemisch aus etwaAromatic polyamides with the required glass transition temperature are described in U.S. Patents 3,006,899, 3,094,511, 3,232,910, 3,240,760, and 3,354,127. Such a polymer, which can be used according to the invention, can be represented by the formula - £ - COCgH ^ CONHC ^ K ^ NH -J-, in which ή is a large integer. Particularly preferred is a polymer of this formula in which the -COCgH ^ CQ units are isophthaloyl and / or terephthaloyle units and the NHC ^ H ^ NH units are m-phenylenediamine units. Such as a binder especially preferred aromatic polyamide is obtained by reacting äquimolektilaren amounts of m-phenylene diamine and phthalic acid chloride, the latter being a mixture of about
- 13 60 9 62?/03S0- 13 60 9 62? / 03S0
70 Molprozent Isophthalsäurechlorid und 30 Molprozent " ' Terephthalsäurechlorid ist. Ein solches Polymerisat mit einer Einfriertemperatur von 130 C ist bei 300 C beständig genug für die Bildung einer Legierung aus Gold und Germanium und eignet sich in Form einer dispergiertes Metallpulver enthaltenden Lösung zur Herstellung von den elektrischen Strom regelnden Sperrschichten für Germaniumvorrichtungen.70 mole percent isophthalic acid chloride and 30 mole percent "' Is terephthalic acid chloride. Such a polymer with a glass transition temperature of 130 ° C is stable enough at 300 ° C for the formation of an alloy of gold and germanium and is suitable in the form of a dispersed metal powder containing Solution for making electrical current regulating barriers for germanium devices.
Die in der Masse gemäss der Erfindung verwendeten Metallteilchen tragen isolierende Überzüge, so dass von einem Metallteilchen" zum anderen kein elektrischer Strom durch das polymere Bindemittel fliessen kann. Obwohl die Teilchen selbstThe metal particles used in the composition according to the invention wear insulating coatings so that from one metal particle "to the other there is no electrical current through the polymer Binder can flow. Although the particles themselves
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ein elektrisch leitendes inneres haben (10 - bis 10 S«cm), genügt eine dünne, dielektrische Oberfläche, um den Teilchen einen Oberflächenv/iderstand zu verleihen, selbst wenn sie sich in dem Bindemittel gegenseitig berühren. Infolgedessen lässt sich durch blosses Dispergieren von Metallteilchen in dem polymeren Bindemittel ein niederohmiger elektrischer Leitungsweg nicht herstellen« Die dielektrische Oberfläche, die die Metallteilchen nichtleitend macht, kann durch Überziehen der Teilchenoberfläche mit einer isolierenden chemischen Verbindung des zu überziehenden Metalls, wie einem Oxid, Sulfid oder Nitrid des Metalls, erzeugt werden. Leicht erhältliche Metalle, die mit einer Oxidschicht überzogen sind, welche das Teilchenaggregat in dem Bindemittel elektrisch isolierend macht, sind Aluminium, Antimon, Wismut, Cadmium, Chrom, Kobalt, Indium, Blei, Magnesium, Mangan, Molybdän, Niob, Tantal, Titan und Wolfram. Ein bevorzugtes Metall ist Aluminium mit einem Anlauffilm von isolierendem Aluminiumoxid, der sich leicht an der Atmosphäre bildet.having an electrically conductive interior (10 - to 10 S «cm) is sufficient a thin dielectric surface to provide surface resistance to particles even as they move touch each other in the binder. As a result, by simply dispersing metal particles in the polymer Binder does not create a low-resistance electrical conduction path «The dielectric surface that the Making metal particles non-conductive can be achieved by coating the particle surface with an insulating chemical compound of the metal to be coated, such as an oxide, sulfide or nitride of the metal. Easily available metals, which are coated with an oxide layer, which makes the particle aggregate in the binder electrically insulating, are aluminum, antimony, bismuth, cadmium, chromium, cobalt, indium, lead, magnesium, manganese, molybdenum, niobium, tantalum, titanium and tungsten. A preferred metal is aluminum with a tarnish film of insulating aluminum oxide that easily adheres to of the atmosphere.
Wenn die Sperrschicht im Kontakt mit einer Halbleitervorrichtung verwendet werden soll, soll das Metall für die Metallteilchen der Sperrschichtmasse so gewählt werden, dass es mit der darunterliegenden Halbleiteroberfläche verträglich ist. Das Metall kann ein Nichtdotierungsmittel für den Wirtshalb-When the barrier layer is to be used in contact with a semiconductor device, the metal is to be used for the metal particles the barrier compound can be chosen so that it is compatible with the underlying semiconductor surface. The metal can be a non-doping agent for the host semi-
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leiter, z.B. für das Silicium der Kontaktoberfläche der Halbleitervorrichtung, sein. Es kann aber auch ein Dotierungsmittel für den Wirtshalbleiter sein, sofern nur der Leitfähigkeitstyp, den es normalerweise verleiht, der gleiche ist wie derjenige des Kontaktflächenbereichs der Halbleitervorrichtung. Mit anderen Worten: Das Metall wird so ausgewählt, dass es den Wirtshalbleiter nicht in einem Sinne dotiert, der demjenigen entgegengesetzt ist, in dem der Halbleiter bereits bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung dotiert worden ist. So ist es z.B. bekannt, dass Aluminium ein p-Dotierungsmittel und Antimon ein n-Dotierungsmittel für Silicium ist. Daher ist eine aluminiumhaltige Sperrschicht mit einer für p-Leitfähigkeit dotierten Siliciumoberfläche verträglich, und eine antimonhaltige Sperrschicht ist mit einer für n-L,eitfähigkeit dotierten Siliciumoberfläche verträglich.conductors, e.g. for the silicon of the contact surface of the semiconductor device, be. But it can also be a dopant for the host semiconductor, provided that only the conductivity type, which it normally gives is the same as that of the pad area of the semiconductor device. In other words, the metal is selected so that it does not dop the host semiconductor in a sense that is similar to that of the host is opposite in which the semiconductor has already been doped when the semiconductor device is manufactured is. For example, it is known that aluminum is a p-type dopant and antimony is an n-type dopant for silicon. Therefore, an aluminum-containing barrier layer is compatible with a silicon surface doped for p-conductivity, and An antimony-containing barrier layer has a conductivity for n-L doped silicon surface compatible.
Man kann auch ein Gemisch aus Metallen verwenden, sofern es mit der Halbleitervorrichtung, wie oben erklärt, verträglich ist. Ein solches Gemisch kann in Form von Teilchen eine Legierung und/oder in Form eines Gemisches aus reinen Metallteilchen vorliegen.A mixture of metals can also be used as long as it is compatible with the semiconductor device as explained above is. Such a mixture can be an alloy in the form of particles and / or in the form of a mixture of pure metal particles are present.
Die Grosse der Metallteilchen kann im Bereich von etwa 0,01 bis 250 11 liegen. Die bevorzugte Grosse liegt im Bereich von etwa 0,05 bis 20 p. Im allgemeinen übersteigt die mittlere Teilchengrösse nicht das 0,1 fache der Dicke der Sperrschicht.The size of the metal particles can be in the range of about 0.01 to 250 11. The preferred size is in the range of about 0.05 to 20 p. Generally exceeds the mean Particle size not 0.1 times the thickness of the barrier layer.
Die Metallteilchen sind in der Masse der Sperrschicht gemäss der Erfindung in einer für die elektrische Aktivierung ausreichenden Menge enthalten. Im allgemeinen beträgt die Menge der Metallteilchen 10 bis 90 Volumprozent, gewöhnlich mindestens 25 Volumprozent und vorzugsweise 25 bis 85 Volumprozent, um bei der Aktivierung einen niedrigen Widerstand zu erreichen, Wie bereits erwähnt, wird für Erhitzer mit grosser Fläche und Randelektroden ein Gehalt an Metallteilchen von 35 bis 80 Volumprozent bevorzugt, damit der elektrische Widerstand solcherIn the mass of the barrier layer according to the invention, the metal particles are sufficient for electrical activation Amount included. In general, the amount of metal particles is 10 to 90 volume percent, usually at least 25 percent by volume and preferably 25 to 85 percent by volume to achieve low resistance when activated, As already mentioned, a content of metal particles of 35 to 80 percent by volume is required for heaters with a large area and edge electrodes preferred so that the electrical resistance of such
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Vorrichtungen über lange Zeiträume hinweg bei erhöhten Temperaturen verhältnismässig konstant bleibt. Der Rest, der an 100 % fehlt, besteht im wesentlichen aus dem polymeren Bindemittel. Die Menge der Metallteilchen soll aber nicht so gross sein, dass die mechanische Festigkeit des Bindemittels ernsthaft beeinträchtigt oder die Oberfläche der Sperrschicht zu rauh wird.Devices remains relatively constant over long periods of time at elevated temperatures. The remainder, which is 100 % lacking, consists essentially of the polymeric binder. However, the amount of metal particles should not be so large that the mechanical strength of the binder is seriously impaired or the surface of the barrier layer becomes too rough.
Die normalerweise isolierende, aber elektrisch aktivierbare Masse gemäss der Erfindung ist in Anbetracht der Steifigkeit des Bindemittels ein formhaltender fester Stoff. Die Masse und die Sperrschicht können nach vi-elen bekannten Methoden zur homogenen Verteilung von Metallteilchen in einem polymeren Bindemittel zur Erzeugung einer Sperrschicht von der gewünschten Dicke und Form hergestellt werden. Zum Beispiel erhält man einen Überzug auf einer Halbleiteroberfläche, indem man eine die Metallteilchen in Dispersion enthaltende Lösung des Bindemittels in einem geeigneten flüchtigen Lösungsmittel aufträgt. Die Dispersion kann auf den Halbleiter durch Anstreichen, Spritzen, Tauchen oder nach anderen herkömmlichen Methoden, zu denen auch das Trocknen durch Verdunstung gehört, aufgetragen werden, um die aus Bindemittel und dispergierten Metallteilchen bestehende Sperrschicht zu erhalten. Wenn man als Bindemittel ein hochschmelzendes Polyimid verwendet, kann es zweckmässiger sein, dieses Bindemittel in Form der als Zwischenprodukt anfallenden Polyamidsäure in Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel zu verarbeiten. Eine solche Polyamidsäurelösung kann für das oben beschriebene Sperrschichtbildungsverfahren verwendet werden. Das Lösungsmittel für die Polyamidsäure soll, sich sowohl mit der Polyamidsäure als auch mit dem Polyimid, welches anschliessend daraus hergestellt wird, stark assoziieren und durch Verflüchtigung abtreibbar sein. Geeignete Lösungsmittel sind N,N-Dimethylformamid, N,N-Dimethylacetamid, Dirnethylsulfoxid, N-Methyl-2-pyrrolidon und Tetramethylharnstoff. Nach dem Auftragen auf einen Träger, wie einen Halbleiter, lässt sich die Polyamidsäure leicht anThe normally insulating, but electrically activatable mass according to the invention is in view of the rigidity of the binder a shape-retaining solid substance. The mass and the barrier layer can be prepared according to many known methods for the homogeneous distribution of metal particles in a polymeric binder to create a barrier layer from the desired Thickness and shape can be made. For example, a coating is obtained on a semiconductor surface by applying a applying the binder solution containing the metal particles in dispersion in a suitable volatile solvent. The dispersion can be applied to the semiconductor by painting, spraying, dipping or other conventional methods, which includes drying by evaporation, are applied to the binder and dispersed metal particles Preserve the existing barrier. If a high-melting polyimide is used as a binder, can it would be more appropriate to use this binder in the form of an intermediate product to process the resulting polyamic acid in solution in a suitable solvent. Such a polyamic acid solution can be used for the barrier formation process described above. The solvent for the Polyamic acid is said to interact with both the polyamic acid and the polyimide, which is subsequently made from it will strongly associate and be volatilizable. Suitable solvents are N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone and tetramethylurea. After being applied to a substrate such as a semiconductor, the polyamic acid attaches easily
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Ort und Stelle durch Erhitzen in das Polyamid überführen, wobei ein Ringschluss unter Abspaltung von Wasser erfolgt; vor der Umwandlung zum Polyimid wird das Trägerlösungsmittel abgetrieben. Convert into the polyamide on site by heating, a ring closure taking place with elimination of water; before the conversion to polyimide drives off the carrier solvent.
Wenn das polymere Bindemittel leicht schmelzbar ist, kann man eine Sperrschicht aus der die dispergierten Metallteilchen ' enthaltenden Polymerisatschmelze durch Vergiessen oder Strangpressen auf den halbleitenden Träger aufbringen. Andernfalls kann man eine Folie auf einen Träger giessen, sie sodann von dem Träger abziehen und sie gegen den Halbleiterkontakt anpressen, um eine Sperrschicht herzustellen.If the polymeric binder is easily meltable, a barrier layer can be used to make up the dispersed metal particles Apply containing polymer melt by casting or extrusion onto the semiconducting carrier. Otherwise you can cast a film on a carrier, then pull it off the carrier and press it against the semiconductor contact, to create a barrier.
-. . f ' Die stromregelnde Sperrschicht ist gewöhnlich eine Schicht, deren Form und Abmessungen sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck richten. Wenn die Schicht mit Bereichen einer Halbleitervorrichtung in Kontakt steht, die n-Leitfähigkeit oder p-Leitfähigkeit aufweisen, kann sie für Mikroaufbauelemente (microassembly elements) 25,4 bis 2540 u und für Mikroschaltkreiselemente (microcircuit elements) 0,1 bis 25,4 μ dick sein. Ihre Breite beträgt gewöhnlich mindestens das Doppelte ihrer Dicke, und ihre Länge längs des halbleitenden Trägers kann erheblich grosser sein. Der elektrische Widerstand durch die Schicht hindurch beträgt in nicht-aktiviertem Zustand normalerweise mehr als 10 Ohm. Der elektrische Widerstand in der dielektrischen Masse gemäss der Erfindung in ihrem nicht-aktivierten Zustand, z.B. in Form einer stromregelnden Sperrschicht, beruht auf der dielektrischen Natur des polymeren Bindemittels und dem isolierenden Überzug auf den in dem Bindemittel dispergierten Metallteilchen. Er kann aber überwunden werden, indem man an die Masse ein elektrisches Potential anlegt, welches den für die elektrische Aktivierung ausreichenden Schwellenwert übersteigt. Es ist anzunehmen, dass bei einer solchen elektrischen Aktivierung elektrische Hochspanrmngsentladungen die isolierenden Überzüge auf denjenigen Metallteilchen zerstören, die sich auf dem V/eg be- -. . f ', the current-controlling barrier layer is usually a layer, whose shape and dimensions vary according to the particular application. When the layer having regions of a semiconductor device is in contact, have the n-conductivity or p-conductivity, they can be used for micro-structural elements (micro assembly elements) from 25.4 to 2540 u and for microcircuit elements (microcircuit elements) from 0.1 to 25.4 μ be fat. Their width is usually at least twice their thickness and their length along the semiconducting support can be considerably greater. The electrical resistance through the layer in the non-activated state is normally more than 10 ohms. The electrical resistance in the dielectric mass according to the invention in its non-activated state, for example in the form of a current-regulating barrier layer, is based on the dielectric nature of the polymeric binder and the insulating coating on the metal particles dispersed in the binder. However, it can be overcome by applying an electrical potential to the ground, which exceeds the threshold value sufficient for electrical activation. It can be assumed that with such an electrical activation, electrical high-voltage discharges destroy the insulating coatings on those metal particles that are on the ground.
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finden, auf dem die elektrischen Entladungen von der Sperrschicht zu der Halbleitervorrichtung gelangen. Bei der ersten Entladung bildet sich offenbar mindestens ein elektrisch leitender Weg durch die Sperrschicht hindurch. Infolgedessen ist die elektrische Aktivierung durch einen plötzlichen anfänglichen Übergang in den niederohmigen Zustand gekennzeichnet.find on which the electrical discharges from the barrier layer to the semiconductor device arrive. In the first Discharge evidently forms at least one electrically conductive path through the barrier layer. As a result is the electrical activation is characterized by a sudden initial transition to the low-resistance state.
Eine bevorzugte Methode der elektrischen Aktivierung ist das kurzzeitige Anlegen eines Gleichstromimpulses, gewöhnlich für einen Zeitraum von 1 Mikrosekunde bis 1 Millisekunde, an das Element. Die Polarität des Impulses ist unerheblich. Wenn die Dicke der Sperrschicht weniger als 25. ii beträgt, genügt gewöhnlich eine Spannung von 5 bis 15 V; für grössere Dicken können Spannungen bis zu mehreren hundert Volt"erforderlich sein. Vorzugsweise wird die Stromstärke auf ungefähr 100 mA begrenzt; wenn empfindliche Teile im Weg des Stromes liegen, kann jedoch eine Begrenzung auf niedrigere Stromstärken erforderlich sein.A preferred method of electrical activation is this brief application of a DC pulse, usually for a period of 1 microsecond to 1 millisecond, to the Element. The polarity of the pulse is irrelevant. If the thickness of the barrier layer is less than 25. ii usually suffices a voltage of 5 to 15 V; for greater thicknesses, voltages of up to several hundred volts may be required be. The current intensity is preferably limited to approximately 100 mA; when sensitive parts are in the path of the current, however, a limitation to lower currents may be necessary.
Ferner ist für die elektrische Aktivierung auch das kurze Anlegen einer Wechselstromspannung allgemein anwendbar. In diesem Falle soll die Einwirkung der Spannung nicht wesentlich kürzer als 1/2 Periode sein. In anderen Beziehungen ist das Verfahren das gleiche, wie oben für die Gleichstromaktivierung beschrieben.Furthermore, brief application of an alternating current voltage is generally applicable for electrical activation. In In this case, the action of the voltage should not be significantly shorter than 1/2 a period. In other relationships is the procedure is the same as described above for DC activation.
Wenn die Sperrschicht sich in ihrem niederohmigen Zustand befindet, kann sie durch einen kleinen, strombegrenzten Impuls von etwa 0,1 bis 10 mA in den hochohmigen Zustand umges'chaltet werden, wobei der Impuls so geregelt wird, dass die Stromstärke am Ende des Impulses sehr schnell auf einen neuen niedrigen Wert, gewöhnlich Null, ab'fällt. Für den Impuls wird der untere Teil des angegebenen Bereichs bevorzugt; jedoch können gelegentlich Stromstärken von sogar 50 mA erforderlich sein. Unter einem strombegrenzten Impuls ist ein kurzer Stromfluss zu verstehen, der mit Hilfe eines mit der Schaltvorrich-When the junction is in its low resistance state, it can be switched to the high-resistance state by a small, current-limited pulse of around 0.1 to 10 mA the pulse is regulated in such a way that the current strength at the end of the pulse to a new low very quickly Value, usually zero, falls off. The lower part of the specified range is preferred for the pulse; However Occasionally, currents of even 50 mA may be required. Under a current limited pulse is a brief current flow to understand that with the help of a switchgear
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tung in Reihe geschalteten Widerstandes unter einer bestimmten Grosse gehalten wird.device connected in series resistance is kept below a certain size.
Wenn die Sperrschicht sich in ihrem hochohmigen Zustand befindet, kann sie mit Hilfe eines Spannungsimpulses von typisch etwa 10 bis 300 V in den niederohmigen Zustand umgeschaltet werden, wobei dieser Impuls so geregelt wird, dass die Stromstärke am Ende des Impulses verhältnismässig langsam auf einen niedrigen Wert absinkt.When the barrier layer is in its high resistance state, it can be switched to the low-resistance state with the help of a voltage pulse of typically around 10 to 300 V. be, this pulse is regulated so that the current strength at the end of the pulse is relatively slow to a low value drops.
Um den Übergang in den hochohmigen Zustand herbeizuführen, kann man sich verschiedener Mittel zum Zuführen von ausschaltenden Strömen oder Stromimpulsen bedienen.. Eine vorteilhafte Möglichkeit ist eine geregelte Spannungsquelle in Kombination mit einem Begrenzungsreihenwiderstand, die beide zusammen eine Stromquelle darstellen, die imstande ist, eine Ausgangsleistung von etwa 50 mA für einen Zeitraum von 0,1 bis 1 Sekunde zuzuführen. Man stellt fest, dass in dieser kurzen Zeitspanne der durch die Sperrschicht fliessende Strom stetig bis auf Null abnimmt, was darauf hindeutet, dass das metallisch leitende Material in den elektrisch leitenden Wegen dem Schaltvorgang unterliegt. Noch plötzlicher (schnelles Abklingen) lässt sich der Übergang mittels einer Kondensatorentladung herbeiführen, die einen Spitzenstrom oder Spitzenstromimpuls von 25 bis 50 mA für einen Zeitraum von 1 Millisekunde zur Verfügung stellt, was darauf hindeutet, dass die elektrisch leitenden Wege durch den schnell absinkenden Stromimpuls plötzlich unterbrochen werden. Für verhältnismässig dicke Sperrschichten in Mikroaggregaten (microassemblies) und für dünne Sperrschichten in MikroStromkreisen (microcircuits) genügt ungefähr der gleiche Abschaltstrom. Ein geeigneter Wert für den Abschaltstrom lässt sich für eine 'gegebene Sperrschicht leicht durch Versuche ermitteln.To bring about the transition to the high-resistance state, One can look at various means of supplying disabling Serve currents or current pulses .. An advantageous option is a regulated voltage source in combination with a limiting series resistor, both of which together constitute a current source capable of outputting power of about 50 mA for a period of 0.1 to 1 second. It is found that in this short period of time the current flowing through the barrier layer steadily down to zero decreases, suggesting that the metallically conductive material is in the electrically conductive path of the switching process subject. The transition can be brought about even more suddenly (rapid fading) by means of a capacitor discharge, which provide a peak current or peak current pulse of 25 to 50 mA for a period of 1 millisecond represents, which indicates that the electrically conductive paths suddenly interrupted by the rapidly falling current pulse will. For relatively thick barrier layers in microassemblies and for thin barrier layers in microcircuits is approximately sufficient the same breaking current. A suitable value for the cut-off current can easily be determined for a given junction determine through experiments.
Die Spannung, die zum Umschalten von dem hochohmigen in den niederohmigen Zustand erforderlich ist, ist geringer als dieThe voltage required to switch from the high impedance to the low resistance state is required is lower than that
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zum Aktivieren der gleichen Sperrschicht erforderliche Spannung. In anderen Beziehungen sind die Verfahren zum Aktivieren und zum Herunterschalten vom hochohmigen in den niederohmigen Zustand im wesentlichen die gleichen. Der Fachmann versteht jedoch, dass für sehr schnelles Umschalten vom hochohmigen in den niederohmigen Zustand eine Wechselstromspannung mitunter unpraktisch ist.voltage required to activate the same junction. In other relationships are the procedures for activating and essentially the same for downshifting from the high-resistance to the low-resistance state. The expert understands, however, that for very fast switching from high-resistance to low-resistance state an alternating current voltage is sometimes impractical.
Eine andere Methode zur elektrischen Aktivierung oder Umschaltung vom hochohmigen Zustand ist die Anwendung einer Wechselstromentladung. Häufig eignet sich für diesen Zweck eine Teslaspule oder ein Vakuumtester-.(im Handel erhältlich); mit einer solchen Vorrichtung ist es jedoch, schwierig, die Aktivierung genau zu lokalisieren. Normalerweise genügt eine sehr kurze Einwirkung der Entladung des Vakuumtesters, wobei die Elektrode des Vakuumtesters mit der Sperrschicht ausser Kontakt gehalten wird.Another method of electrical activation or switching of the high-resistance state is the application of an alternating current discharge. Often lends itself to this purpose a Tesla coil or vacuum tester -. (commercially available); with such a device, however, it is difficult to obtain the Pinpoint activation. Usually a very short exposure to the discharge of the vacuum tester is sufficient, whereby the electrode of the vacuum tester is kept out of contact with the barrier layer.
Die Teslaspule ist ein Transformator besonderer Art, der verwendet wird, um aus schwachen Gleichstromspannungen sehr hohe Sekundärspannungen zu erhalten. Der Primärstromkreis des Transformators führt durch einen automatischen Unterbrecher, der mit einer hohen Frequenz von etwa 500 bis 2000 Hz geöffnet und geschlossen wird. Beim Öffnen und Schliessen des Stromkreisunterbrechers kommt es im sekundären Stromkreis zu Entladungen von ungleicher Stärke. Die erfindungsgemässe Sperrschicht wird in den Sekundärstromkreis geschaltet. Der niederohmige Zustand der Sperrschicht wird vorzugsweise hergestellt, indem man (1) in den Sekundärstromkreis einen Luftspalt einlagert, z„B. indem man den Pol der Teslaspule in einen Abstand von etwa 0.65 bis 1,3 cm von der Sperrschicht bringt, um die'Unterbrecherentladung zu begünstigen und den Entladungsstrom schwächer und mehr einseitig gerichtet zu machen, (2) den Teslaspulenpol von einer Seite zur anderen führt, so dass die Entladungen über die ganze Oberfläche der Sperrschicht gelenkt und viele Durchschlagswege erzeugt werden, undThe Tesla coil is a special type of transformer that uses is used to obtain very high secondary voltages from weak DC voltages. The primary circuit of the Transformer runs through an automatic breaker that opens at a high frequency of around 500 to 2000 Hz and is closed. When the circuit breaker opens and closes, it occurs in the secondary circuit Discharges of unequal strength. The barrier layer according to the invention is switched into the secondary circuit. Of the The low-resistance state of the barrier layer is preferably established by (1) creating an air gap in the secondary circuit stores, e.g. by placing the pole of the Tesla coil at a distance of about 0.65 to 1.3 cm from the barrier layer brings to favor the interrupter discharge and to make the discharge current weaker and more unidirectional, (2) leads the Tesla coil pole from side to side so that the discharges are over the entire surface of the barrier layer steered and many breakdown paths are generated, and
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(3) die Sperrschicht und die mit ihr in Kontakt stehende Halbleitervorrichtung gegen die Erde isoliert, indem man das Element entweder für sich selbst oder als Teil einer Matrix auf eine elektrisch isolierende Trägeroberfläche stellt, so dass der Spannungsabfall und der Stromfluss in der Sperrschicht vermindert werden. Normalerweise genügen Teslaspulenentladungen von etwa 1 bis 5 Sekunden Dauer, um den Widerstandsabnahme-Umkehrpunkt (point of diminishing return) zu erreichen und einen Übergang der dielektrischen Masse gemäss der Erfindung in den niederohmigen Zustand herbeizuführen. Sobald dieser Zustand erreicht ist, bleibt der Widerstandswert bei Anwendung eines schwachen Lesestromes im wesentlichen.unverändert.(3) the barrier layer and the semiconductor device in contact with it isolated from the earth by taking the element either on its own or as part of a matrix provides an electrically insulating support surface, so that the voltage drop and the flow of current in the barrier layer are reduced will. Normally, Tesla coil discharges of about 1 to 5 seconds are sufficient to reach the turning point of the resistance decrease To achieve (point of diminishing return) and a transition of the dielectric mass according to the invention to bring about the low-resistance state. As soon as this state is reached, the resistance value remains essentially unchanged when a weak read current is used.
Der elektrische Widerstand der Sperrschicht in ihrem niederohmigen Zustand, bestimmt mit dem Simpson-Ohmmeter, Modell 269, reicht von weniger als 1 Ohm bis etwa 1000 Ohm und liegt gewöhnlich im Bereich von 5 bis 50 0hm. Dieser Widerstand wird durch Verwendung grosser Metallteilchen, durch Aktivierung mit hoher Spannung (in beliebiger Weise) oder dadurch, dass man den Stromweg durch die Sperrschicht hindurch kurz macht, herabgesetzt. Höhere Widerstandswerte für den niederohmigen Zustand treten auf, wenn der Anteil des Metalls unter 25 Volumprozent liegt.The electrical resistance of the barrier layer in its low resistance Condition, determined with the Simpson Ohmmeter, Model 269, ranges from less than 1 ohm to approximately 1000 ohms and is usually in the range of 5 to 50 ohms. This resistance is achieved through the use of large metal particles, through activation with high voltage (in any way) or by making the current path through the junction short. Higher resistance values for the low-ohmic state occur when the proportion of the metal is below 25 percent by volume lies.
Der Widerstand im hochohmigen Zustand (für eine Sperrschicht, die noch niemals mit einer Teslaspule behandelt worden ist) beträgt typisch mehr als 10 0hm. Wenn die Sperrschicht aber erst einmal mit einer Teslaspule behandelt worden ist, erreicht der Widerstand in einem nachfolgenden hochohmige'n Zu-The resistance in the high-ohmic state (for a barrier layer, which has never been treated with a Tesla coil) is typically more than 10 ohms. If the barrier layer though has once been treated with a Tesla coil, the resistance reaches in a subsequent high-ohmic contact
^5 7 stand nur noch 10 . bis 10 0hm.^ 5 7 was only 10. up to 10 ohms.
Das Verhältnis'zwischen dem hoch'ohmigen und dem niederohmigen Zustand beträgt für eine gegebene Sperrschicht allgemein min-The relationship between the high resistance and the low resistance Condition is generally min-
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destens 10 , was für einen weiten Anwendungsbereich genügt. Digitale Festkörperschaltkreise arbeiten gewöhnlich gut bei
einer Änderung urn eine Grössenordnung, obwohl eine grössere2
at least 10, which is sufficient for a wide range of applications. Solid-state digital circuits usually work well for an order of magnitude change, albeit a larger one
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Änderung erwünscht ist, um einen Sicherheitsspielraum zu haben.. Das Umschalten zwischen dem hochohmigen und dem niederohmigen Zustand kann mindestens zehnmal und häufig mehr als hundertmal durchgeführt werden. Sowohl der hochohmige als auch der niederohmige Zustand sind über Monate hinweg stabil und werden durch schwache Leseströme nicht beeinflusst.Change is desired in order to have a safety margin .. Switching between the high-resistance and the low-resistance Condition can be performed at least ten times, and often more than a hundred times. Both the high-resistance and the low-resistance Condition are stable for months and are not influenced by weak read currents.
Elemente, die aus einer Kombination einer stromregelnden Sperrschicht gemäss der Erfindung und einer damit verträglichen Halbleitervorrichtung bestehen, eignen sich allgemein für änderbare Speichersysteme von hoher Packungsdichte, die aus vielen derartigen Elementen in Form, einer Matrix mit daran befestigten Kontaktleitern und geeigneten Schreib- und Leseorganen zusammengesetzt sind. Durch die Leichtigkeit, mit der ,das Schema der aktiven Halbleiter in einer Matrix durch einfache elektrische Behandlungen geändert werden kann, gestaltet sich die Berichtigung von Fehlern oder die Änderung des Speichersystems beim praktischen Einsatz sehr einfach. Bei der Herstellung der zu einer Matrix zusammengefassten Elemente'kann die bevorzugte stromregelnde Sperrschicht auf Polyimidbasis der Einwirkung erhöhter Temperaturen widerstehen, die normalerweise angewandt werden, um niederohmige Kontakte zwischen metallischen Leitern und Kalbleitervorrichtungen herzustellen, z.B. einer Temperatur von 450 C, die zur Legierungsbindung von Aluminium an Silicium angewandt wird. Auch hinsichtlich der Herstellung solcher Elemente kann die Erzeugung einer Sperrschicht durch Beschichten mit Polymerisat einfacher sein als durch Vakuumbedampfung.Elements that consist of a combination of a current-regulating barrier layer according to the invention and one compatible therewith Semiconductor device exist are generally suitable for changeable Storage systems of high packing density, consisting of many such elements in the form of a matrix with attached to it Contact conductors and suitable writing and reading organs are put together. The ease with which, that Scheme of active semiconductors in a matrix can be changed by simple electrical treatments is designed correcting errors or changing the storage system in practical use is very easy. In the preparation of the elements combined to form a matrix can be preferred polyimide-based current-regulating barrier layer withstand the elevated temperatures that normally occur be used to establish low-resistance contacts between metallic conductors and semiconductor devices, E.g. a temperature of 450 C, which is necessary for the alloy bonding of Aluminum is applied to silicon. Also with regard to the Fabrication of such elements can involve the creation of a barrier layer be easier by coating with polymer than by vacuum evaporation.
Andere Anwendungen,der Masse und der Sperrschicht gemäss der Erfindung, die sich als durchführbar erwiesen haben» sind Heizelemente für Raumerhitzer, Servierbretterhitzer und FIaschenerwärmer sowie elektrisch leitende Anstrichfarben für Schalttafeln von Pamdfunk- und Fernsehgeräten. Der Fachmann auf dem Gebiete des Erhitzerbaues kann leicht die Abmessun-Other applications, the mass and the barrier layer according to FIG Invention that have been shown to be feasible »are Heating elements for room heaters, serving board heaters and bottle warmers as well as electrically conductive paints for control panels of pamf radio and television sets. The expert in the field of heater construction, the dimensions
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gen der Erhitzer und den Widerstand bestimmen, der z.B. durch Wechselstromentladungsaktivierung erhältlich ist.Determine the heaters and the resistance, e.g.
In den folgenden Beispielen beziehen sich, falls nichts anderes angegeben ist, die Teile auf Gewichtsmengen. In the following examples, unless otherwise specified, the parts relate to amounts by weight.
A. Zur Herstellung einer Sperrschicht für eine Mikrobaugruppe wird das folgende Verfahren angewandt: 2 Teile eines im Handel erhältlichen zerstäubten Aluminiumpulvers mit kugelförmigen Teilchen (mit einer mittleren Teilchengrösse von 20 u) werden unter Rühren in einer 15-gewichtsprozentigen Lösung von 1 Teil eines festen Polyamids in N,N-Dim^thylacetamid dispergiert. Das Polyamid ist ein Polykondensationsprodukt von hohem Molekulargewicht aus äquimolekularen Mengen m-Phenylen~ diamin und einem Gemisch aus 70 Teilen Isophthalsäurechlorid und 30 Teilen Terephthalsäurechlorid. Das Polyamid hat eine Einfriertemperatur von 130 C und ein spezifisches Gewicht von 1,32. Das Gemisch wird auf eine mit einem Polytetrafluoräthylenfilm beschichtete Platte gegossen, die auf 50 C vorerhitzt worden ist, und dann auf 150 C erhitzt, um das Lösungsmittel zum Verdampfen zu bringen und einen Film herzustellen. Der Film wird mit Hilfe eines mit Polytetrafluorethylen überzogenen und auf 150 C erhitzten Eisens verpresst. Der Zweck des Verpressens ist die Erzeugung einer glatteren Oberfläche; das Verpressen führt nur zu einer geringen Dickenabnahme. Die endgültige Dicke beträgt 0,6 mm.A. The following procedure is used to make a micro-assembly barrier: 2 parts of one commercially available atomized aluminum powder with spherical particles (with an average particle size of 20 u) are stirred in a 15 percent by weight solution of 1 part of a solid polyamide in N, N-dim ^ thylacetamide dispersed. The polyamide is a high molecular weight polycondensation product from equimolecular amounts of m-phenylene ~ diamine and a mixture of 70 parts of isophthalic acid chloride and 30 parts of terephthalic acid chloride. The polyamide has a glass transition temperature of 130 C and a specific weight of 1.32. The mixture is applied to one with a polytetrafluoroethylene film coated plate that has been preheated to 50 C, and then heated to 150 C to remove the solvent to evaporate and make a film. The film is coated with polytetrafluoroethylene using a and pressed iron heated to 150 ° C. The purpose of grouting is to create a smoother surface; the Pressing only leads to a slight decrease in thickness. The final thickness is 0.6 mm.
B. Es wird ein mechanisches Trägergestell gemäss Fig. 1 hergestellt, welches eine Matrix von 7x7 Siliciumdioden 1 (im Handel erhältlich)- trägt, von denen jede einen federbelasteten Everett & Charles-Kontakt 2 aufweist. Der oben beschriebene Film 3 wird in das Trägergestell so eingesetzt, dass die federbelasteten Kontakte 2 gegen ihn drücken. Leiter 4 bis 10 werden derart in Reihen angeordnet, dass sie mit den freienB. A mechanical support frame according to FIG. 1 is produced, which carries a matrix of 7x7 silicon diodes 1 (commercially available) - each one of which is spring-loaded Everett & Charles contact 2. The film 3 described above is inserted into the support frame so that the spring-loaded Press contacts 2 against him. Conductors 4 to 10 are arranged in rows so that they coincide with the free
- 23 6O9825/09S0 - 23 6O9825 / 09S0
Diodenanschlüssen in Kontakt stehen. Leiter 11 (dargestellt) bis 17 (nicht dargestellt) werden in Kolonnen angeordnet, die die freie Seite des Films gegenüber derjenigen Filmoberfläche, die mit den federbelasteten Kontakten in Berührung steht, berühren. Die Anordnung erläutert ein System für einen ROM-Speicher, der in Reihe geschaltete stromregelnde Sperrschichten und Halbleitervorrichtungen aufweist, wobei jede Kombination ein Element des Speichers bildet. Bei richtiger Ausrichtung der federbelasteten Kontakte lässt sich jedes Element der Matrix gesondert durch eine elektrische 250 V-Entladung eines 0 002 uF-Kondensators zu einem niederohmigen Zustand aktivieren und auf die oben beschriebene Weise sodann von dem niederohmigen in den hochohmigen Zustand umschalten.Diode connections are in contact. Ladders 11 (shown) to 17 (not shown) are arranged in columns that the free side of the film opposite that film surface, that is in contact with the spring-loaded contacts. The arrangement explains a system for a ROM memory, comprising series-connected current regulating barriers and semiconductor devices, any combination forms an element of the memory. With proper alignment of the spring-loaded contacts, each element of the matrix activate separately by an electrical 250 V discharge of a 0 002 uF capacitor to a low-resistance state and then switch from the low-resistance to the high-resistance state in the manner described above.
A. 2 Teile schwarzes, oberflächenoxydiertes Aluminiumpulver mit Teilchengrössen von 0,01 bis 0,03 μ werden mit Hilfe von Mörser und Pistill in 5 Teilen einer im Handel erhältlichen 16,5-prozentigen Lösung einer Polyamidsäure (15f2 % umgewandelte Polymerisatfeststoffe) in N-Methyl-2-pyrrolidon dispergiert. Die Lösung wird auf eine glatte saubere Oberfläche gegossen und 0,5 Stunden auf 135° C und sodann 1 Stunde auf 300° C erhitzt, um die Bildung des als Bindemittel für die dispergierten Aluminiumteilchen dienenden Polyimids zu vervollständigen und das Lösungsmittel sowie das bei der Kondensation der Polyamidsäure zum Polyimid entstehende Wasser abzutreiben. Der ausgehärtete Film aus der Sperrschichtmasse ist 0,5 μ dick und hat einen elektrischen Widerstand von mindestensA. 2 parts of black, surface-oxidized aluminum powder with particle sizes of 0.01 to 0.03 μ are mixed with the aid of a mortar and pestle in 5 parts of a commercially available 16.5 percent solution of a polyamic acid (15 f 2 % converted polymer solids) in N-methyl-2-pyrrolidone dispersed. The solution is poured onto a smooth, clean surface and heated to 135 ° C for 0.5 hour and then to 300 ° C for 1 hour to complete the formation of the polyimide binder for the dispersed aluminum particles and the solvent and condensation the polyamic acid to drive off the resulting polyimide water. The cured film of the barrier layer compound is 0.5μ thick and has an electrical resistance of at least
8
10 0hm, gemessen durch den Film hindurch von seiner Oberfläche8th
10 ohms measured through the film from its surface
bis zur Unterfläche des leitenden Trägers.down to the lower surface of the conductive support.
B. Der Film wird durch die folgende Behandlung vom hochohmigen dielektrischen Zustand in einen niederohmigen leitenden Zustand umgeschaltet: Eine Teslaspule, die imstande ist, hochfrequente Hochspannungsentladungen zu erzeugen, wird 1,3 cmB. The film is changed from a high resistance dielectric state to a low resistance conductive state by the following treatment switched: A Tesla coil, which is able to generate high-frequency high-voltage discharges, becomes 1.3 cm
- Zk 6098 2 5/0950- Zk 6098 2 5/0950
JSJS
0R-5527-A 2bü184l0R-5527-A 2bü184l
über dem Film angeordnet, und Entladungen von der Spule werden über die ganze Filmoberfläche gerichtet, während das Element sich auf einem isolierenden keramischen Ständer befindet. Nach 2 bis 3 Sekunden wird die Spule ausgeschaltet. Der elektrische Widerstand wird wieder gemessen und beträgt nun 50 Ohm.placed over the film, and discharges from the coil will be directed across the film surface while the element is on an insulating ceramic stand. After 2 to 3 seconds the coil will turn off. The electrical resistance is measured again and is now 50 ohms.
C. Die Fähigkeit der oben beschriebenen Sperrschicht, sich zwischen dem niederohmigen und dem hochohmigen Zustand hin- und herschalten zu lassen und diese Umschaltbarkeit über eine Zeitspanne hinweg beizubehalten, wird folgendermassen aufgezeigt: Die Sperrschicht wird mit HdIfe von Kontaktleitern an eine im Handel erhältliche, geregelte Stromquelle f angeschlossen, die so eingestellt ist, dass sie durch einen Begrenzungswiderstand einen Strom von etwa 25 mA liefert. Durch oszilloskopische Beobachtung eines dem Stromfluss zu dem Element proportionalen Signals wird festgestellt, dass der Strom in 100 Millisekunden stetig bis auf den Wert Null abnimmt. Dann wird der elektrische Widerstand des Elements nochmals gemessen und beträgt nunmehr 2r5 Megohm; dieser Widerstand reicht aus, um eine Halbleiterdiode beim normalen Betrieb einer elektronischen Rechenanlage zu inaktivieren. Die Sperrschicht wird dann wieder mit Hilfe der oben beschriebenen Teslaspule in ihren niederohmigen Zustand zurückgeschaltet. Das Hin- und Herschalten wird noch dreimal wiederholt und das Element im aktiven Zustand gelagert. Nach drei Monaten wird das Element untersucht, wobei sich herausstellt, dass es seinen niedrigen Widerstand behalten hat; es lässt sich immer noch nach der oben beschriebenen Methode hin- und herschalten«C. The ability of the barrier layer described above to switch back and forth between the low-resistance and the high-resistance state and to maintain this switchability over a period of time is demonstrated as follows: The barrier layer is connected to a commercially available, regulated one with the help of contact conductors Current source f connected, which is set so that it delivers a current of about 25 mA through a limiting resistor. By means of an oscilloscope observation of a signal proportional to the flow of current to the element, it is determined that the current decreases steadily to zero in 100 milliseconds. Then the electrical resistance of the element is measured again and is now 2 r 5 megohms; this resistance is sufficient to inactivate a semiconductor diode during normal operation of an electronic computing system. The barrier layer is then switched back to its low-resistance state with the aid of the Tesla coil described above. Switching back and forth is repeated three more times and the element is stored in the active state. After three months the element is examined and it is found that it has retained its low resistance; it can still be switched back and forth using the method described above «
D. Die obigen Daten und die bekannte Wärmebeständigkeit des als Bindemittel dienenden Polyimids lassen erwarten, dass die Sperrschichtmasse dieses Beispiels sich besonders zur Herstellung von Sperrschichten für Halbleitervorrichtungen eignet, die der Einwirkung verhältnismässig hoher Temperaturen ausgesetzt werden sollen, wie es bei Halbleitervorrichtungen aufD. The above data and the known heat resistance of the Polyimide serving as a binder would suggest that the barrier composition of this example would be particularly useful for manufacture of barrier layers for semiconductor devices exposed to relatively high temperatures should be, as is the case with semiconductor devices
- 25 80982B/09B0 \- 25 80982B / 09B0 \
der Basis von Silicium der Fall ist, die folgendermassen hergestellt werden können: Halbleiterdioden aus einkristallischem Silicium können aus einer Schmelze hergestellt werden, indem man nach herkömmlichen Züchtungsmethoden (unter Verwendung eines Kristallkeims) einen einkristallischen, dotierten Siliciumstab herstellt, der dann zu Mikroplättchen oder Trägern zerschnitten werden kann. Durch anschliessendes Eindiffundierenlassen eines p-Dotierungsmittels, wie Bor, in die Oberfläche erhält man eine Gleichrichterdiode. Eine solche Diode ist in direktem Kontakt mit einer Sperrschicht aus einer Masse gemäss der Erfindung in Fig. 2 dargestellt.the basis of silicon is the case, which is produced as follows can be: Semiconductor diodes made of single crystal silicon can be produced from a melt, by following conventional breeding methods (using a crystal nucleus) produces a single-crystal, doped silicon rod, which then becomes microplates or carriers can be cut up. By then allowing it to diffuse in a p-type dopant, such as boron, into the surface results in a rectifier diode. Such Diode is shown in direct contact with a barrier layer of a mass according to the invention in FIG.
Nach bekannten Verfahren wird eine SiOp-Schicht 1Φ, die etwas weniger als 0,5 η dick ist, auf dem grössten Teil der 'Diodenoberfläche derart erzeugt, dass über einem Teil des Bereichs 19 mit p-Leitfähigkeit und einem Teil des Bereichs 20 mit η-Leitfähigkeit in einem Abstand von etwa 5 bis 10 ^j von dem Bereich mit p-Leitfähigkeit Öffnungen bleiben.According to known methods, a SiOp layer 1Φ, which is slightly less than 0.5 η thick, is produced on most of the 'diode surface in such a way that over a part of the area 19 with p-conductivity and a part of the area 20 with η -Conductivity stay at a distance of about 5 to 10 ^ j from the area with p-conductivity openings.
Der offenliegende Teil des Bereichs mit p-Leitfähigkeit wird mit einer 2 bis 5 ρ dicken Schicht 21 aus der oben beschriebenen Sperrschichtmasse überzogen. Dann wird die Diode 1/2 Stunde auf 135° C und 1 Stunde auf 300° C erhitzt, um das Lösungsmittel abzutreiben und die Polyamidsäure in das Polyimid überzuführen. Die Sperrschicht besteht aus Aluminiumteilchen 22, die in dem Polyimid 23 verteilt sind. Wiederum nach bekannten Verfahren werden die leitenden Aluminiumschichten 24 und 25 auf die Sperrschicht bzw. den Bereich mit n-Leitfähigkeit aufgetragen. Dann wird der Aluminiumleiter 25 auf der Unterlage 20 mit η-Leitfähigkeit durch 5 bis 30 Minuten langes Erhitzen auf 450° C.mit dem Silicium legiert. Hierauf wird das Sperrschicht-Halbleiterelement gemäss der Erfindung durch Behandeln mit Entladungen einer Teslaspule 26, wie in Teil B beschrieben, aktiviert. Das Element kann nach dem -in Teil C beschriebenen Umschaltverfahren zwischen dem aktiven, niederohmigen Zustand und dem inaktiven, hochohmigen Zustand hin-The exposed part of the area with p-conductivity is covered with a 2 to 5 ρ thick layer 21 of the one described above Barrier compound coated. The diode is then heated to 135 ° C. for 1/2 hour and to 300 ° C. for 1 hour to remove the solvent drive off and convert the polyamic acid into the polyimide. The barrier layer consists of aluminum particles 22, dispersed in the polyimide 23. The conductive aluminum layers 24 and 25 are formed again in accordance with known methods applied to the barrier layer or the area with n-conductivity. Then the aluminum conductor 25 is on the base 20 with η conductivity is alloyed with the silicon by heating at 450 ° C for 5 to 30 minutes. Then that will Barrier layer semiconductor element according to the invention by treating with discharges from a Tesla coil 26, as described in part B, activated. The element can switch between the active, low-resistance mode according to the switching process described in Part C. State and the inactive, high-resistance state.
- 26 -- 26 -
6 0 9 3 2 -. / η 9 5 06 0 9 3 2 -. / η 9 5 0
OR- 5 527- A *OR- 5 527- A *
2bO18412bO1841
und hersesehaltet werden.and be held here.
Eine Sperrschichtmasse wird hergestellt, indem man 1,0g handelsübliches Aluminiumpulver mit 2,5 g der in Beispiel 2 beschriebenen Polyamidsäurelösung und 3 ml Dimethylformamid mischt. Ein Mikroskopobjektträger (2,5 cm χ 7,5 cm) wird in Querrichtung mit einer Reihe von 5 Paaren von rechteckigen Streifen aus Aluminiumfolie, die auf ihrer Rückseite Klebstoff aufweist, beklebt. Die Streifenpaare werden so aufgeklebt, dass sie längs der Mittellinie des Objektträgers nahezu zusammentreffen, und jeder Streifen erstreckt sich bis zum Rand des Objektträgers. Die Streifenpaare werden mit- 1 ,bisfi numeriert und der Trennungsspalt an der Stelle, wo ein jedes Stpeifenpaar gerade nicht zusammentrifft, mit d bezeichnet (der Abstand ist in mm angegeben). Die Streifen sind 3,175 mm breit. Jeder Spalt und ein Teil des dazugehörigen Streifenpaares wird dann mit einer 50- bis 75 μ dicken Schicht aus der Sperrschichtmasse überzogen. Die so vorbereitete Glasplatte wird dann . 1/2 Stunde bei 135° C und 1 Stunde bei 300° C getrocknet. Hierauf werden die Sperrschichten, wie oben beschrieben, mit einer Teslaspule aktiviert, und der Widerstand einer jeden Sperrschicht wird mit einem Simpson-Ohmmeter, Modell 269, bestimmt. Diese Widerstandswerte werden in Ohm angegeben und mit L-1 bezeichnet. Jede Sperrschicht wird dann durch kurzzeitiges Anlegen von 18-20 V in den hochohmigen Zustand umgeschaltet. Darauf wird der Widerstand nochmals bestimmt und mit H-1 bezeichnet. Hierauf- werden die Sperrschichten mit der -Teslaspule in den niederohmigen Zustand zurückgeschaltet, worauf sie den Widerstand-L-2 aufweisen. In dieser Art und Weise werden die Sperrschichten weiter hin- und hergeschaltet, wobei die Widerstandswerte H-2, L-3; H-3, L-4, H-4 usw. bis L-22, H-22 erhalten werden; vgl. Tabelle II.A barrier layer compound is prepared by mixing 1.0 g of commercially available aluminum powder with 2.5 g of the polyamic acid solution described in Example 2 and 3 ml of dimethylformamide. A microscope slide (2.5 cm 7.5 cm) is glued in the transverse direction with a series of 5 pairs of rectangular strips of aluminum foil with adhesive on the back. The pairs of strips are glued so that they almost meet along the center line of the slide, and each strip extends to the edge of the slide. The pairs of strips are numbered from 1 to fi and the separation gap at the point where each pair of strips does not meet is designated by d (the distance is given in mm). The strips are 3.175 mm wide. Each gap and part of the associated pair of strips is then covered with a 50 to 75 μ thick layer of the barrier layer compound. The thus prepared glass plate is then. Dried for 1/2 hour at 135 ° C and 1 hour at 300 ° C. The barrier layers are then activated with a Tesla coil as described above, and the resistance of each barrier layer is determined with a Simpson model 269 ohmmeter. These resistance values are given in ohms and labeled L-1. Each barrier layer is then switched to the high-resistance state by briefly applying 18-20 V. The resistance is then determined again and designated as H-1. The barrier layers are then switched back to the low-resistance state with the -Tesla coil, whereupon they have the resistance -L-2. In this way the barrier layers are switched back and forth, with the resistance values H-2, L-3; H-3, L-4, H-4, etc. to L-22, H-22 are obtained; see table II.
- 27 -609825/0950 - 27 - 609825/0950
Tabelle II g Table II g
Nr.Pair
No.
ο
CD
coCD
ο
CD
co
Nr.Pair
No.
12Ni
12th
* Widerstand nicht bestimmt.* Resistance not determined.
** Schalttakte L-9, H-9 bis L-21, H-21 nicht angegeben1^ > = grosser als._ . . ^** Switching cycles L-9, H-9 to L-21, H-21 not specified 1 ^> = greater than._. . ^
5K = 5000 usw. ν ' .o5K = 5000 etc. ν '.o
0R-5527-A 2 5 Ü 1 8 4 10R-5527-A 2 5 Ü 1 8 4 1
Es werden Sperrschichtmassen unter Verwendung (unterschiedlicher Gewichtsmengen) von Aluminiumpulver und 10,0 g der in Beispiel 3 beschriebenen Polyamidsäurelösung hergestellt. Ebenfalls nach Beispiel 3 werden Mikroskopobjektträger beklebt, wobei jedoch die Spaltweiten 3,175 mm betragen. Die Spalte werden bis zu einer Tiefe von 0,15 bis 0}25 mm mit der Sperrschichtmasse bedeckt und die Glasplatten gemäss Beispiel 3 bei 135° C und 300° C wärmebehandelt. Eine jede Sperrschicht (nach Messung des Widerstandes H-1 mit einem Simpson-Ohmmeter, Modell 269) wird dann durch Anlegen von 6OO V über einen Widerstand von 10 0hm aktiviert und eier Widerstand L-1 gemessen. Nach kurzzeitigem Anlegen von 20 V über einen Widerstand wird der Widerstandswert H-2 gemessen. Dann werden 50 Ύ über einen Widerstand von 10 0hm angelegt, und der Widerstand L-2 wird bestimmt. Die letzten beiden Behandlungen werden wiederholt (hierbei werden die Widerstandswerte H-3 und L-3 erhalten) . Die Ergebnisse finden sich in Tabelle III There are barrier compositions using (different amounts by weight) of aluminum powder and 10.0 g of the polyamic acid solution described in Example 3 prepared. Likewise according to Example 3, microscope slides are glued on, but the gap widths are 3.175 mm. The column will be up to a depth of 0.15 to 0} 25 mm with the barrier layer covering mass and the glass plates according to Example 3 at 135 ° C and 300 ° C heat-treated. Each barrier layer (after measuring the resistance H-1 with a Simpson ohmmeter, model 269) is then activated by applying 600 V across a resistance of 10 ohms and a resistance L-1 is measured. After briefly applying 20 V across a resistor, the resistance value H-2 is measured. Then 50 Ύ are applied across a resistor of 10 ohms, and the resistance L-2 is determined. The last two treatments are repeated (the resistance values H-3 and L-3 are obtained here). The results can be found in Table III
- 29 -- 29 -
6 0 9 8 2h / 09506 0 9 8 2h / 0950
Tabelle IIITable III
OJOJ
OO
II.
Nr. JT <AO.i
No.
COCO
ti
1,239 ti
ti
1,239
20
3020th
20th
30th
U
UU
U
U
600
140200
600
140
600
150210
600
150
U
UU
U
U
680
160210
680
160
O"O"
CC.
COCO
tr,tr,
2-4
3-12-3
2-4
3-1
U
UU
U
U
ii
U * unendlich.U * infinite.
Beispiel 5Example 5
Es werden Massen aus gleichen Gewichtsmengen handelsüblichen Aluminiumpulvers und verschiedener Bindemittel hergestellt. Jede Masse wird in einer nach dem Trocknen gemessenen Schichtdicke von etwa 20 bis 50 u auf einen Mikroskopobjektträger aufgetragen. Die Filme werden 24 Stunden bei Raumtemperatur und dann 4 Stunden bei 40-50 C getrocknet. In den getrockneten Massen beträgt der volumprozentuale Anteil des metallischen Aluminiums etwa 25 bis 40 %. Auf die Oberfläche werden in einer Entfernung von 1 cm voneinander zwei Tupfen aus handelsüblicher Silberfarbe aufgetragen, die als Elektroden dienen. Die Überzüge werden dann durch' Anlegen von 400 V Gleichstromspannung über einen Widerstand von 10 000 Ohra aktiviert; der Kontakt wird durch Berühren der aufgetragenen Silbertupfen hergestellt. Dann wird der Widerstand zwischen den Tupfen in den in Tabelle IV angegebenen Zeitabständen mit einem Simpson-Ohmmeter, Modell 269, bestimmt.Masses are made from equal amounts by weight of commercially available aluminum powder and various binders. Each mass is applied to a microscope slide in a layer thickness of about 20 to 50 μm, measured after drying. The films are dried at room temperature for 24 hours and then at 40-50 ° C. for 4 hours. The percentage by volume of metallic aluminum in the dried masses is about 25 to 40 %. Two dots of commercially available silver paint, which serve as electrodes, are applied to the surface at a distance of 1 cm from each other. The coatings are then activated by applying 400 V DC voltage across a resistor of 10,000 ohrs; contact is made by touching the applied silver dots. The inter-dot resistance is then determined using a Model 269 Simpson Ohmmeter at the intervals shown in Table IV.
- 31 -- 31 -
609825/0960609825/0960
Tabelle IVTable IV
CD O CD CO KJCD O CD CO KJ
Sfrom T_ to
S.
rv>Ui
rv>
JL 4 ' »^m O n
JL 4 '»^
U = unendlichU = infinite
CQ ■f>-CQ ■ f> -
Beispiel 6Example 6
Die Abhängigkeit des Widerstandes nach der elektrischen Aktivierung von dem Gehalt eines im Handel erhältlichen Polystyrols oder verschiedener Polyimidbindemittel an im Handel erhältlichem Aluminiumpulver wird untersucht. Die Proben werden hergestellt, indem das Aluminiumpulver von Hand in Lösungen des betreffenden Polymerisats (20 g Polystyrol je 100 cm Toluol) dispergiert wird und die Lösungen zum Beschichten von 0,10 bis 0,13 mm dicken Mikroskopobjektträgern (2,5 cm χ 7,5 cm) verwendet werden. Die Polystyrolproben werden mehrere Tage bei 50° C an der Luft trocknen gelassen (da das Polystyrol in Toluol gelöst war). Die Polyimidproben werden je nach ihrer Art nach einer der drei folgenden Vorschriften behandelt: The dependence of the resistance after electrical activation on the content of a commercially available polystyrene or various polyimide binders to commercially available aluminum powder is examined. The samples are made by hand dissolving the aluminum powder into solutions of the polymer in question (20 g of polystyrene per 100 cm of toluene) is dispersed and the solutions for coating Microscope slides 0.10 to 0.13 mm thick (2.5 cm 7.5 cm) can be used. The polystyrene samples become several Allowed to air dry at 50 ° C for days (as the polystyrene was dissolved in toluene). The polyimide samples are each are treated according to one of the following three provisions according to their nature:
A. "5057 Polyimid": Übernacht bei 80° C an der Luft getrocknet, dann 30 Minuten bei 135° C und 60 Minuten bei 300° C gehalten. Man verwendet eine 15,1-prozentige Lösung der Polyamidsäure in N-Methyl-2-pyrrolidon.A. "5057 polyimide": air dried overnight at 80 ° C, then 30 minutes at 135 ° C and 60 minutes at 300 ° C held. A 15.1 percent solution of the polyamic acid is used in N-methyl-2-pyrrolidone.
B. ».Polyimid 10301-91": Übernacht an der Luft bei 80-90° C getrocknet, dann 30 Minuten bei 250 C wärmebehandelt. Man verwendet eine 22,3-prozentige Lösung der Polyamidsäure in Kresol.B. "Polyimide 10301-91": Overnight in air at 80-90 ° C dried, then heat-treated at 250 ° C. for 30 minutes. A 22.3 percent solution of the polyamic acid in Cresol.
C. "Pyre ML-111": Übernacht bei 50° C an der Luft getrocknet, dann 30 Minuten bei 250° C wärmebehandelt. Man verwendet eine 31,3-prozentige Lösung der Polyamidsäure in Aceton.C. "Pyre ML-111": Air dried overnight at 50 ° C, then heat-treated at 250 ° C for 30 minutes. One uses a 31.3 percent solution of the polyamic acid in acetone.
Nachdem die Filme getrocknet und/oder wärmebehandelt worden sind, werden auf jede Platte' Streifen"aus handelsüblicher Silberfarbe in einem Abstand von 2,54 cm voneinander aufgetragen und übernacht trocknen gelassen. Dann wird der Widerstand mit einem Simpson-Gerät "269 Series 2 VOM" bestimmt. Die Platten werden mit Hilfe einer handelsüblichen Teslaspule aktiviert,After the films have been dried and / or heat treated are, there are 'stripes' of commercially available silver paint on each plate applied at a distance of 2.54 cm from each other and left to dry overnight. Then the resistance with a Simpson device "269 Series 2 VOM". The plates are activated with the help of a commercially available Tesla coil,
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30S325/Q35O '■30S325 / Q35O '■
worauf der Widerstand wieder gemessen wird. Die Werte werden in Ohm/Quadratfläche erhalten, da die getrockneten Filme etwa 25 Ji dick. sind.whereupon the resistance is measured again. The values will in ohms / square because the dried films are about 25 Ji thick. are.
Die Ergebnisse finden sich in Tabelle V. Sie zeigen, dass die Sperrschicht vor der elektrischen Aktivierung immer nichtlei-The results can be found in Table V. They show that the barrier layer is always non-conductive before electrical activation.
1010
tend ist (anfänglicher Widerstand grosser als 10 Ohm/Quadratfläche). Ferner zeigen die Ergebnisse, dass es zwischen Aluminiumpulvergehalten von 7 und .10 Volumprozent einen Schwellenwert zwischen nichtleitend und leitend gibt. Schliesslich ist ersichtlich, dass es zwischen Aluminiumpulvergehalten von 10 und 25 Volumprozent einen Zwischenbereich gibt, in dem der Widerstand nach der Aktivierung vom Gehalt an.Aluminiumpulver abhängt, insbesondere zwischen 10 und 15 Volumprozent.- Oberhalb dieses Zwischenbereichs ist der Widerstand nach der Aktivierung von dem Gehalt an Aluminiumpulver unabhängig. tend (initial resistance greater than 10 ohms / square area). Furthermore, the results show that there is a threshold value between aluminum powder contents of 7 and .10 percent by volume between non-conductive and conductive. Finally is It can be seen that between aluminum powder contents of 10 and 25 percent by volume there is an intermediate range in which the Resistance after activation from the content of aluminum powder depends, in particular between 10 and 15 percent by volume. Above this intermediate range, the resistance after activation is independent of the aluminum powder content.
- 34 -- 34 -
6 0 9 8 2 S / 0 9 5 06 0 9 8 2 S / 0 9 5 0
0R-5527-A0R-5527-A
SSSS
250 1 84250 1 84
Einfluss des Al-Pulvergehalts in verschiedenen BindemittelnInfluence of the Al powder content in various binders
Widerstand (Ohm/Quadratfläche) vor und nach der AktivierungResistance (ohms / square area) before and after activation
mit der Teslaspulewith the Tesla coil
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609 8 2 5/0950609 8 2 5/0950
0R-5527-A 250 Ί 8410R-5527-A 250 Ί 841
Beispiel 7Example 7
Zwei Sperrschichten werden auf ihre Stabilität im niederohmigen Zustand untersucht. Die eine Sperrschicht wird mit einem Polyimid mit einer erfindungsgemäss geeigneten Einfriertemperatur T und die andere mit einem handelsüblichen Bastelkitt gTwo barrier layers are examined for their stability in the low-resistance state. One barrier layer comes with a Polyimide with a glass transition temperature suitable according to the invention T and the other with a commercially available handicraft putty g
(flüssiger Zement "Ambroid") mit einer Einfriertemperatur von 45° C als Bindemittel hergestellt. Für beide Sperrschichten wird ein handelsübliches Aluminiumpulver verwendet. Nach dem Verfahren des Beispiels 3 werden Proben in Form von 3,175 mm breiten Streifen auf Mikroskopobjektträgern (2,5 cm χ 7,5 cm) hergestellt, an die zuvor zwei Elektroden aus Aluminiumfolie, Je 3,175 mm breit, in einem Abstand von 6,35 mm voneinander angeklebt worden sind. " ·.."■' (liquid cement "Ambroid") with a freezing temperature of 45 ° C as a binder. Commercially available aluminum powder is used for both barrier layers. According to the procedure of Example 3, samples are prepared in the form of 3.175 mm wide strips on microscope slides (2.5 cm × 7.5 cm) to which two electrodes made of aluminum foil, each 3.175 mm wide, are spaced 6.35 apart mm from each other. " · .." ■ '
1010
Der anfängliche Widerstand ist grosser als 10 Ohm. DieThe initial resistance is greater than 10 ohms. the
Scheiben werden auf eine Heizplatte gelegt und Übernacht an der Luft auf 125° C gehalten. Dann werden die Scheiben entfernt und mit einer Teslaspule aktiviert. Hierauf wird der Widerstand gemessen, und die Scheiben werden wieder auf die Heizplatte gelegt und der Einwirkung der beschleunigten Alterungstemperatur von 125° C ausgesetzt. Hierauf wird der Widerstand (kalt) von Zeit zu Zeit mit dem Simpson-Gerät VOM (auf der R χ 100-Skala) gemessen. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle VI.Discs are placed on a hot plate and kept in air at 125 ° C overnight. Then the discs are removed and activated with a Tesla coil. The resistance is then measured, and the disks are put back on the Placed on the heating plate and exposed to the accelerated aging temperature of 125 ° C. Thereupon the resistance becomes (cold) measured from time to time with the Simpson device VOM (on the R χ 100 scale). The results can be found in Table VI.
Die Ergebnisse der Tabelle VI zeigen, dass die mit dem "Ambroid"-Kitt hergestellten Sperrschichten nach 24 bis 36 Stunden langer Einwirkung von 125° C einen unendlich" grossen Widerstand annehmen, während die Polyimidsperrschichten selbst nach 132 Stunden länger Einwirkung einer Temperatur von 125° C verhältnismässig konstant bleiben. ,Dies bestätigt, dass Bindemittel mit hoher T , wie ein Polyimid, Sperrschichten ergeben,The results of Table VI show that the barrier layers made with the "Ambroid" putty after 24 to 36 Hours of exposure to 125 ° C an infinitely large one The polyimide barrier layers acquire resistance even after 132 hours of exposure to a temperature of 125 ° C for a longer period of time remain relatively constant. , This confirms that binder with a high T, like a polyimide, result in barrier layers,
die im "eingeschalteten" Zustand bei erhöhten Temperaturen eine längere Lebensdauer haben, und daher Bindemitteln mit niedriger T überlegen sind.which have a longer service life in the "switched on" state at elevated temperatures, and therefore binders with them lower T are superior.
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60982 5/095060982 5/0950
0R-5527-A0R-5527-A
Alle im Rahmen der Erfindung liegenden Sperrschichten der Beispiele 3 bis 7 eignen sich zur Verwendung in direktem Kontakt mit einer verträglichen Halbleitervorrichtung, wie es in Beispiel 2 erläutert ist, oder als Heizelemente.All barrier layers in the examples within the scope of the invention 3 to 7 are suitable for use in direct contact with a compatible semiconductor device, as explained in Example 2, or as heating elements.
- 37 509825/0 95 0- 37 509825/0 95 0
OOOO
aus 4 g Alu- ' )1. Manufactured)
from 4 g aluminum ')
säurelösung )10 g polyamide)
acid solution)
ό
CD 0}
ό
CD
aus 4 g Alu- )2. Manufactured )
from 4 g aluminum)
Kitt * )10 g »Ambroid · 1 -)
Putty *)
CDCD
CD
Ocn
O
Beispiel 8Example 8
Leicht erhältliche Teilchen aus den in Tabelle VII angegebenen Metallen, die (durch Einwirkung atmosphärischer Bedingungen erzeugte) Oxidüberzüge tragen, werden in gleichen Volumenmengen zweier verschiedener isolierender Bindemittel dispergiert, nämlich einmal in dem Polyamid-Bindemittel des Beispiels 1 und das andere Mal in einem im Handel erhältlichen Polystyrol-Bindemittel (als 20-prozentige Lösung in Toluol). Durch Vergiessen und Trocknen der Filme bis auf eine Dicke von etwa 0,6 mm werden quadratische Sperrschichten aus den Metallteilchen enthaltenden Bindemitteln mit einer Seitenlänge von 2,54 cm hergestellt. Jeder Film wird dann durch Hochfrequenz-Hochspannung se nt ladungen mit Hilfe einer Teslaspule, die 5 Sekunden über die Oberfläche der betreffenden Sperrschicht hinweggeführt wird, von dem hochohmigen Zustand (mindestens 10 Ohm durch die Schicht hindurch) in den niederohmigen Zustand übergeführt. Tabelle VII gibt den spezifischen Widerstand (in Ohm/Quadratflache) an, der zwischen leitenden Elektroden bestimmt wird, die an gegenüberliegenden Rändern der quadratischen Sperrschichten angebracht sind. Solche Schichten eignen sich als elektrisch betätigte Schalter in Kombination mit Halbleitervorrichtungen, wobei die oben beschriebenen Verfahren angewandt werden, um den Übergang in den hochohmigen Zustand und die Rückschaltung zu im wesentlichen dem gleichen niedrigen Widerstandswert zu bewerkstelligen, wie es in Tabelle VII angegeben ist.Easily available particles of the metals listed in Table VII which (by exposure to atmospheric conditions generated) oxide coatings are dispersed in equal volumes of two different insulating binders, namely once in the polyamide binder of Example 1 and the other time in a commercially available polystyrene binder (as a 20 percent solution in toluene). By casting and drying the films to a thickness of about 0.6 mm square barriers made of the binders containing metal particles with a side length of 2.54 cm manufactured. Each film is then charged by high frequency high voltage using a Tesla coil that lasts 5 seconds is passed over the surface of the barrier layer in question, from the high-resistance state (at least 10 ohms through the layer) transferred to the low-resistance state. Table VII gives the specific resistance (in Ohm / square area), which determines between conductive electrodes attached to opposite edges of the square barriers. Such layers are suitable as electrically operated switches in combination with semiconductor devices using the methods described above applied to the transition to the high impedance state and the switch back to essentially the same to achieve low resistance as indicated in Table VII.
-39 609825/095 0-39 609825/095 0
BindemittelPolystyrene
binder
(Ohm/Quadratflache)Specific resistance of the barrier layer
(Ohms / square)
Bindemittelpolyamide
binder
Dieses Beispiel erläutert die Anwendbarkeit der Erfindung auf die Herstellung von elektrischen Erhitzern.This example illustrates the applicability of the invention to the manufacture of electric heaters.
1 Gewichtsteil im Handel erhältliches, leuchtendes, nichtblattförmiges Aluminiumpulver wird unter Rühren in einer ■Ν,Ν-Dimethylacetamidlösung dispergiert, die 1 Gewichtsteil eines festen Polyamids enthält, das durch Polykondensation äquimolekularer Mengen von m-Phenylendiamin und einem Gemisch aus 70 Teilen Isophthalsäurechlorid und 30 Teilen Terephthalsäurechlorid hergestellt worden ist. Das Polyamid hat eine Einfriertemperatur von 130° C. Ein einfacher Erhitzer wird hergestellt, indem man eine 10 cm χ 15 cm messende Porzellanplatte mit der Lösung beschichtet und die Lösung auf einer auf 100° C gehaltenen Heizplatte zu einem 0,64 mm dicken Überzug trocknen lässt. Längs eines jeden der beiden 10 cm-Ränder1 part by weight of commercially available, luminous, non-leaf-shaped aluminum powder is stirred in a ■ Ν, Ν-dimethylacetamide solution dispersed, the 1 part by weight contains a solid polyamide, which by polycondensation of equimolecular amounts of m-phenylenediamine and a mixture from 70 parts of isophthalic acid chloride and 30 parts of terephthalic acid chloride has been made. The polyamide has a freezing temperature of 130 ° C. A simple heater is used prepared by coating a 10 cm χ 15 cm porcelain plate with the solution and placing the solution on a at 100 ° C held hot plate to dry to a 0.64 mm thick coating. Along each of the two 10 cm margins
- 40 60982 5/0950.- 40 60982 5/0950.
wird eine Kupferdrahtelektrode mit Hilfe von Silberfarbe befestigt. Der Erhitzer wird dann durch Bestreichen seiner Oberfläche mit einer sich entladenden Teslaspule in einem Abstand von 6,35 mm in einen elektrisch aktiven Zustand übergeführt, in dem er einen Widerstand von etwa 60 Ohm aufweist. Ein Oberflächenthermometer wird auf die Mitte des Erhitzers aufgesetzt und auf dem Wege über Siliconfett durch etwas isolierendes Josephpapier in Kontakt gebracht. Der Erhitzer zeigt über längere Zeit hinweg eine ausgezeichnete Stabilität, wenn er an der Luft im Verlaufe eines Monats abwechselnd durch Anlegen einer Wechsel Stromspannung (am Tage) von 100 V an die Stromleitungen auf 150 bis 200 C erhitzt .und (nachts) wieder auf Raumtemperatur erkalten gelassen wird. Der Erhitzer, eignet sich als elektrische Raumheizung für Wohnräume und als^ Erhitzer für Nahrungsmittelschalen und Plaschenerwärmer.a copper wire electrode is attached with the help of silver paint. The heater is then operated by brushing its surface with a discharging Tesla coil at a distance 6.35 mm converted into an electrically active state, in which it has a resistance of about 60 ohms. A surface thermometer is placed on the center of the heater and on the way through silicone grease through something insulating Joseph paper brought into contact. The heater shows excellent stability over a long period of time when it indicates the air in the course of a month alternately by applying an alternating voltage (during the day) of 100 V to the power lines heated to 150 to 200 C. and up again (at night) Room temperature is allowed to cool. The heater is suitable as electrical space heating for living spaces and as ^ heater for food trays and cookie warmers.
- 41 -- 41 -
60982 5/09 5060982 5/09 50
Claims (12)
zu 10 bis 90 Volumprozent aus einem reinen polymeren Bindemittel mit einer Einfriertemperatur von mindestens 100° C
und zu den restlichen 90 bis 10 Volumprozent aus Metallteilchen besteht, die einen isolierenden Überzug tragen und praktisch homogen in dem Bindemittel dispergiert sind.current conducts and can be switched to the high-resistance state and can be switched from the high-resistance state to the low-resistance state, characterized in that it
10 to 90 percent by volume of a pure polymeric binder with a glass transition temperature of at least 100 ° C
and the remaining 90 to 10 percent by volume consists of metal particles which have an insulating coating and are practically homogeneously dispersed in the binder.
150° C aufweist und die einen isolie:
den Teilchen Aluminiumteilchen sind.the polymer has a glass transition temperature of at least
150 ° C and the one isolation:
the particles are aluminum particles.
Grosse der Aluminiumteilchen das 0,1 fache der Dicke, der
Sperrschicht nicht übersteigt,16. Barrier layer according to claim 15, characterized in that it has a thickness of 0.1 to 25.4 li and the average
Size of the aluminum particles 0.1 times the thickness, the
Does not exceed the barrier layer,
elektrischen Kontakt daran befestigten Elektroden besteht, der Anteil der Metallteilchen an der dielektrischen Masse
35 bis 80 Volumprozent beträgt und die dielektrische Masse durch elektrische Entladung aktivierbar ist.21. Electrical heater, characterized in that it has a dielectric mass according to claim 1 and two im
There is electrical contact attached to electrodes, the proportion of metal particles in the dielectric mass
35 to 80 percent by volume and the dielectric mass can be activated by electrical discharge.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US53229874A | 1974-12-12 | 1974-12-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2501841A1 true DE2501841A1 (en) | 1976-06-16 |
Family
ID=24121200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country | Link |
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DE (1) | DE2501841A1 (en) |
FR (1) | FR2294523A2 (en) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2211713A1 (en) * | 1972-12-22 | 1974-07-19 | Du Pont | Electric element for permanent modifiable memory matrix - comprises a diode and a current regulating junction in combination |
US3926916A (en) * | 1972-12-22 | 1975-12-16 | Du Pont | Dielectric composition capable of electrical activation |
-
1975
- 1975-01-17 DE DE19752501841 patent/DE2501841A1/en active Pending
- 1975-01-18 JP JP50008317A patent/JPS5171340A/ja active Pending
- 1975-12-11 FR FR7537931A patent/FR2294523A2/en active Granted
Also Published As
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FR2294523B2 (en) | 1979-05-11 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OHW | Rejection |