DE2720251A1

DE2720251A1 - Filmwiderstand mit einem verminderten widerstandstemperaturkoeffizienten und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2720251A1
Application number: DE19772720251
Authority: DE
Inventors: Masaaki Matsuura
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1976-05-06
Filing date: 1977-05-05
Publication date: 1978-03-23
Also published as: US4145470A; JPS52135095A; JPS56924B2

Description

5. Mai 1977 PH 11 603

2-3, MarunoucM 3-chome, Chiyoda-ku,

Tokyo, Japan ~

Filmwiderstand mit einem verminderten Widerstandstemperaturkoeffizienten und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Filmwiderstand mit einem vermindertenWiderstandstemperaturkoeffizienten und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Filmwiderstände haben neuerdings stark an Bedeutung gewonnen und es werden zunehmend mehr Filmwiderstände hergestellt und verwendet, während gleichzeitig die Anforderungen, die an verschiedene ihrer Eigenschaften gestellt werden, immer höher werden. Unter diesen Eigenschaften ist es besonders wichtig, den Widerstandstemperaturkoeffizienten herabzusetzen.

Die Herabsetzung des Widerstandstemperaturkoeffizienten von Filmwiderständen wurde bisher erzielt durch geeignete Auswahl des Widerstandsmaterials. So beträgt beispielsweise bei Ver-

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Telefon (08Θ) aaaeea

telex oB-aasao

TELEQRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

Wendung von Cermet (einem Keramik-Metall-Verbundmaterial) aus 60 bis 40 Gew.7» Chrom und 40 bis 60 Gew.%Siliciummonoxid als Widerstandsmaterial der Widerstandstemperaturkoeffizient eines solchen Filmwiderstandes -200 ppm/ C oder weniger. Das oben angegebene Vorzeichen des Wertes des Widerstandstemperaturkoeffizienten gibt die Änderung des Koeffizienten bei Temperatursteigerung an, wobei ein negatives Vorzeichen eine Änderung in Richtung auf eine Abnahme und ein positives Vorzeichen eine Änderung in Richtung auf eine Zunahme anzeigt. Um einen solchen Widerstandstemperaturkoeffizienten von -200 ppm/ C noch weiter herabzusetzen, hat man Tantalnitrid als Widerstandsmaterial verwendet. Für das so ausgewählte Tantalnitrid wurde ein Verfahren entwickelt, mit dessen Hilfe es möglich ist, einen Filmwiderstand mit einem Widerstandstemperaturkoeffizienten von - 50 ppm/ C herzustellen. Dieses Verfahren umfaßt die folgenden Stufen: Herstellung des Widerstandsmaterials aus Tantalnitrid auf einem Substrat durch Aufspritzen und Durchführung einer Wärmebehandlung mit dem Filmwiderstand. Dieses Verfahren hat jedoch nicht nur den Nachteil, daß die Aufspritzvorrichtung teuer ist, sondern auch den, daß der Widerstandstemperaturkoeffizient weitgehend durch die Temperatur der Wärmebehandlung bestimmt wird.

Es wurdennun ein Filmwiderstand, dessen Widerstandstemperaturkoeffizient durch Verwendung von Cermet (eines Keramik-Metall-Verbundmaterials) als Widerstandsmaterial bis auf - 50 ppm/ C herabgesetzt worden ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Filmwiderstands gefunden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Filmwiderstand mit einem Substrat aus einem isolierenden Material und einem Film aus Cermet als Widerstandsmaterial auf dem Substrat. Auf die Oberfläche des

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Cermet-Films wird ein Film aus einem isolierenden Material aufgebracht, um den Widerstandstemperaturkoeffizienten des Filmwiderstands herabzusetzen (zu verringern). Der Schutzfilm kann aus Magnesiumfluorid bestehen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Filmwiderstandes mit einem verringerten Widerstandstemperaturkoeffizienten, das darin besteht, daß man einen Film aus Cermet als Widerstandsmaterial auf ein Substrat aus einem isolierenden Material unter Erwärmen des Substrats aufdampft und auf die Oberfläche des Cermet-Films einen isolierenden Schutzfilm aus Magnesiumf luorid unter Erwärmen des Substrats und des Cermet-Films aufdampft.

Ein bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt in einem Filmwiderstand mit einem Substrat aus einem isolierenden Material und einem Film aus Cermet als Widerstandsmaterial auf dem Substrat und einem Schutzfilm aus einem isolierenden Material auf der Oberfläche des Cermet-Films zur Verringerung (Herabsetzung) des Widerstandstemperaturkoeffizienten des Filmwiderstandes. Der Schutzfilm besteht aus Magnesiumfluorid.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand spezifischer, beispielhafter und bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, welches den Widerstandstemperaturkoeffizienten eines bekannten Filmwiderstandes und den Widerstandstemperaturkoeffizienten des erfindungsgemäßen Filmwiderstandes erläutert; und

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Fig. 2 eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Filmwiderstandes.

Die wesentlichen Merkmale der Erfindung wurden vorstehend so ausführlich erläutert, um das Verständnis für die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Erfindung zu erleichtern und um den Beitrag, den die vorliegende Erfindung zu dem Stand der Technik liefert, besser würdigen zu können. Die Erfindung weist natürlich auch noch weitere Merkmale auf, die nachfolgend näher beschrieben werden und die auch Gegenstand der Ansprüche sind. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß das Konzept, auf dem die vorliegende Erfindung beruht, leicht auch als Basis für den Aufbau anderer Strukturen für die Erreichung der verschiedenen erfindungsgemäßen Ziele angewendet werden kann. Es sei daher darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung keinesfalls auf die hier besäiriebenen Einzelheiten beschränkt ist und daß auch äquivalente Merkmale und Konstruktionen in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.

Zunächst wird der Widerstandstemperaturkoeffizient beschrieben, der erhalten wird, wenn Cermet gemäß dem bekannten Verfahren als Widerstandsmaterial verwendet wird. Das Cermet wird mittels einer Verdampfungseinrichtung auf ein Substrat aus einem isolierenden Material, z. B. Aluminiumoxid (Al₂O-) oder Glas, aufgedampft. Der in einem solchen Falle gemessene Widerstandstemperaturkoeffizient (TCR) ist in der nachfolgenden Tabelle I angegeben,in der die Meßwerte für TCR₂ und TCR~_ die Änderung pro °C bei der Temperaturbedingung von 60 C oder -20 C in bezug auf Vergleichstemperaturbedingungen (20°C) darstellen.Insbesondere gilt dann, wenn die Widerstandswerte bei Temperaturen von 60°C, 20°C und -20 C R60, R20 bzw. R-20 betragen:

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⁶⁰

(R60) - (R20)

(R2U) χ (60"C - 20⁰C)

-20 (R20) - (R-20) TCR 20 = (R20) χ 12O°C - (-20⁰C)J

Diese werden nachfolgend mit TCR₀ oder TCR~_9n bezeichnet.

^v20

20

Die folgende Tabelle I zeigt die Messungen von TCR₂₀ und TCR~ _ die mit 10 verschiedenen Proben, jedoch unter den gleichen Bedingungen, durchgeführt wurden. Die Maßeinheit ist ppm/ C.

	Tabelle	I	(Einheit: ppra/°c)
			^TCR 20
Proben	TCR⁶⁰ TCR₂₀	-155,1
1	-143,4	-139,1
2	-114,9	-404₇l
3	-285,9	-318,7
4	-269,8	-384,1
5	-323_;1	-102,5
6	-98,3	-151,1
7	-139_;5	-244,0 ,
8	-220j3	-361,1
9	-337_r5	-360,7
10	-320.7	-299_;9
ttlich	-225,3

Die Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen erläutert in Form eines Diagramms die in der vorstehenden Tabelle I angegebenen Werte von

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₀ und TCR~ . In dsm Diagramm stellt die Kurve a TCR₂- dar und die Kurve b repräsentiert TCR «_. Wie aus den Daten der vorstehenden Tabelle I oder den Kurven a, b, der Fig. 1 hervorgeht, sind die Widerstandstemperaturkoeffizienten bei den bekannten Widerständen sehr hoch und sehr unregelmäßig*

Die F.ig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Filmwiderstandes. Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 näher beschrieben.

Zuerst wird Cermet 4 aus 60 bis 40 Gew.% Chrom und 40 bis 60 Gew.% Siliciummonoxid auf ein Substrat 2 aus einem isolierenden Material, wie Aluminiumoxid oder Glas, aufgedampft, während das Substrat 2 auf eine Temperatur zwischen etwa 285 und etwa 315 C erhitzt wird. Die dabei erhaltenen Dicke des aufgedampften Filmes liegt innerhalb des Bereiches von etwa 0,08 bis etwa 2,00 Mikron. Danach wird eine Elektrode 6 so auf das Substrat 2 aufgebracht, daß sie mit dem Cermet 4 elektrisch in Verbindung steht. Ein Teil der Elektrode 6 und ein Teil der Oberfläche des Cermet 4 liqgen übereinander. Anschließend wird Magnesiumfluorid (MgF₂), das ein isolierendes Material darstellt, so auf das Cermet 4 aufgedampft, daß es die Oberfläche des Cermet 4 bedeckt, während dasSubstrat 2 und das Cermet 4 auf eine Temperatur zwischen etwa 285 und etwa 315 C erhitzt werden. Die Dicke der so aufgedampften Schicht liegt innerhalb des Bereiches von etwa 0,03 bis etwa 2,00 Mikron. Die Magnesiumfluoridschicht 8 ist nicht bruchstückhaft, sondern bedeckt die gesamte Fläche des Cermet-4. Bei dieser Ausführungsform wird das Cermet im Vakuum aufgedampft bis zu einer Dicke von 0,20 Mirkon. Die nachfolgende Tabelle II zeigt die Messungen von TCR„ , die bei 8 verschiedenen Proben, jedoch unter den gleichen Bedingungen, durchgefüht wurden.

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	- r- o*	2720251	Tabelle II
	(Einheit: ppm/ C)
	TCR⁶⁰ TCR₂₀
Probe	-1,8
1
2	0,0
3
4	-6.0
5	-4.9
6	-11,5
7	-5,5
8	-4_f8
rchschnitt]	.ich ~⁴;⁷

Bei der oben erwähnten Aufdampfung kann es sich um eine Vakuumaufdampfung oder um ein Spritz- oder CVD-Verfahren handeln, wobei bei der erfindungsgemäßen Aus führungs form die Vakuumauf dampfung verwendet wird. In der Fig. 1 sind die Daten der vorstehenden Tabelle II durch die Kurve c dargestellt. Wie aus den Daten der Tabelle II und der Kurve c in dem Diagramm der Fig. 1 zu ersehen ist, ist der Wxderstandstemperaturkoeffizient des Widerstandes sehr niedrig und weist eine geringere Unregelmäßigkeit auf. Bei der erfindungsgemäßen Aus führungs form sind nur die Daten für TCR-- angegeben, aus den Kurven a und b, welche die Daten des bekannten Filmwiderstandes darstellen, geht jedoch hervor, daß die Werte für TCR~ _Q im wesentlichen den Werten für TCR₃₀ ähneln würden und es ist deshalb auch bei der erfindungsgemäßen Ausfüh-

-20 rungsform anzunehmen, daß die Werte für TCR _2Q ebenso niedrig und ebenso frei von Unregelmäßigkeiten sein würden wie die Werte für TCR„ ₀· Bei der erfindungsgemäßen Aus führungs form wurde das Auf-

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ORIGINAL INSPECTED

dampfen des Magnesiimfluorids 8 durchgeführt, während der Widerstand 4 auf eineTemperatur zwischen etwa 285 und etwa 315 C erhitzt wurde, während dann, wenn die Aufdampfung des Magnesiumfluoride 8 ohne Erhitzen des Widerstandsmaterials 4 durchgeführt wurde, nicht das Ergebnis erzielt wurde, daß der Widerstandstemperaturkoeffizient weniger als - 5Oppm/ C betrug.

Nachfolgend wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist es gelungen, den Widerstandstemperaturkoeffizienten einfach dadurch herabzusetzen, daß man Magnesiumfluorid 8 auf das konventionelle Widerstandsmaterial, wie z. B. Cermet 4 oder dgl., aufdampfte. Gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Filmwiderstand nach dem Aufdampfen des Magnesiumfluorids 8 einer Wärmebehandlung unterzogen, die darin besteht, daß man den Filmwiderstand 2 bis 4 Stunden lang bei einer Temperatur zwischen etwa 300 und etwa 350 C an der Luft beläßt, wodurch der Widerstandstemperaturkoeffizient herabgesetzt (vermindert) wird. Die Messungen von TCR„_n, die bei einer einzigen Probe unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wurden, sind in der folgenden Tabelle III angegeben. Die übrigen Bedingungen außer der Wärmebehandlung sind die gleichen wie beider ersten Ausfhrungsform.

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	-ST- Al	2720251	Tabelle III
	(Einheit: ppm/°C)
Probe "	-5,0
1	-7,9
2	-5,4
3	-5,0
4	"¹J⁹
5
6
7	"¹T²
8	-3,6
9	-3,6
10	-3,5
11	-4,5
rchschnit	-4,9
tuch _4 2

Die Daten der vorstehenden Tabelle III werden durch die Kurve d in dem Diagramm der Fig. 1 repräsentiert. Wie aus der Tabelle III und der Kurve d in dem Diagramm der Fig. 1 zu ersehen, ist der Widerstandstemperaturkoeffizient niedrig und frei von Unregelmäßigkeiten. Bei dieser Ausführungsform bestand die Wärmebehandlung darin, daß man den Filmwiderstand nach dem Aufdampfen des Magnesiumfluorids 3 Stunden lang bei etwa 300 C an der Luft beließ. Alternativ kann die Wärmebehandlungsdauer auch 2 bis 4 Stunden betragen und die Wärmebehandlungstemperatur kann zwischen etwa 300 und etwa 35O°C liegen.

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ORfGlNAL

Erfindungsgemäß ist es möglich, einen Filmwiderstand herzustellen, dessen Widerstandstemperaturkoeffizient nicht nur stark herabgesetzt (vermindert) worden ist, sondern dessen Unregelmäßigkeit auch vermindert worden ist durch die zusätzliche Stufe des Aufdampfens von Magnesiumfluorid auf das Widerstandsmaterial, ohne jedoch die bereits vorhandene Vorrichtung und das bereits vorhandene Verfahren zur Herstellung eines Widerstandsmaterials aus Cermet zu ändern, und erfindungsgemäß ist es auch möglich, eine neues Verfahren zur Herstellung eines solchen Filmwiderstandes anzugeben.

Aufgrund der vorstehenden Ausführungen dürfte der Aufbau des erfindungsgemäßen neuen Filmwiderstandes und des Verfahrens zu seiner Herstellung nunmehr klar sein. Daraus gehen auch die Vorteile hervor, die dadurch gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden.

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Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

H. KINKELDEY

rn-Ηα

W. STOCKMAIR

■ ft ICMTKH

DRMa f IMKH

2720251 K. SCHUMANN

DfI ΙβΙ NAT.

P. H. JAKOB

DR.-M1

G. BEZOLD

DRRB)NAI 0η.-Οβ(

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE «3

5. Mai 1977 PHIl 603

Patentansprüche

1.J Filmwiderstand mit einem Substrat aus einem isolierenden Material und einem Film aus Cermet als Widerstandsmaterial auf dem Substrat, dadurch gekennzeichnet , daß er auf der Oberfläche des Cermet-Films einen Schutzfilm aus einem isolierenden Material aufweist zur Herabsetzung des Widerstandstemperaturkoeffizienten des Filmwiderstands, der aus Magnesiumfluor id besteht.

2. Filmwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er auf den Substrat einen Elektrodenfilm aufweist, der mit dem Cermet-Film elektrisch verbunden ist, wobei ein Teil des^ Elektrodenfilms einen Teil der Oberfläche des Cermet-Films überlagert.

3. Filmwiderstand nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Cermet-Film aus etwa 60 bis etwa 40 Gew.% Chrom und etwa 40 bis etwa 60 Gew.% Siliciummonoxid besteht.

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TELEFON (OSO) 20 3ββ2 TELEX Οβ-3Ο3βΟ TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIEREf)

ORIGINAL INSPECTED

4. Filmwiderstand nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Cermet-Film eine Dicke in der Größenordnung von 0,08 bis 2,00 Mikron aufweist und daß der Schutzfilm eine Dicke in der Größenordnung von 0,03 bis 2,00 Mikron hat.

5. Filmwiderstand nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gkennzeichnet, daß das Substrat aus dem isolierenden Material aus Glas besteht.

6. Filmwiderstand nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus dem isolierenden Material aus Aluminiumoxid besteht.

7. Verfahren zur Herstellung eines Filmwiderstands mit einem verminderten Widerstandstemperaturkoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Film aus Cermet als Widerstandsmaterial auf ein Substrat aus einem isolierenden Material unter Erwärmen des Substrats aufdampft und auf die Oberfläche des Cermet-Films einen isolierenden Schutzfilm aus Magnesiumfluorid unter Erwärmen des Substrats und des Cermet-Films aufdampft.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmungstemperatur während des Aufdampfens des Cermet-Films und des Schutzfilms in der Größenordnung zwischen 285 und 315°C liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Filmwiderstand nach dem Aufdampfen des Schutzfilms einer Wärmebehandlung unterzieht.

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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmebehandlung darin besteht, daß man den Filmwiderstand 2 bis 4 Stunden lang bei einer Temperatur zwischen
etwa 300 und etwa 350°C an der Luft beläßt.

11. Verfahren nach mindestens einem derAnsprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Aufdampfen des Cermet-Films etien Elektrodenfilm so aufdampft, daß ein Teil des Cermet-Films und ein Teil des Elektrodenfilms einander überlagern.

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