DE4237017A1 - Method of making a heating element - Google Patents

Method of making a heating element

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Andrej Vasiliewitsch Djomin
Valerij Yakovlevic Aivasov
Svetlana Ivanovna Vlaskina
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Abstract

In a process for producing a heating element, a working layer with contact areas is formed by plasma-chemical deposition on a substrate. A metal surface is used as substrate. First, an insulating layer is formed on the substrate through deposition from a first mixture consisting of a precursor mix of SiH4 and Ar, which contains 96-97 % Ar, and O, the ratio between precursor mix and O being 1:2.5-5. Then, a resistive layer of alloyed amorphous silicon is formed by deposition from a second mixture consisting of a precursor mix of SiH4 and Ar, which contains 96-97 % Ar, and BF3, the ratio between the precursor mix and BF3 being 100:5-10. Both deposition processes are carried at a substrate temperature of 250-500 DEG C, a pressure of 0.2-0.5 mmHg and a specific discharge output of 0.1-0.5 W/cm<2>.

Description

Die Erfindung betrifft ein verfahren zur Herstellung eines Heizelementes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a method for producing a Heating element according to the preamble of the claim.

Zur Herstellung von dünnschichtigen Widerstandsheizelementen ist es aus Z.Ju. Gotra "Spravochnik po tekhnologii mikroelek­ tronnykh ustroistv" (Handbuch der Technologie mikroelektroni­ scher Vorrichtungen), Lwow, 1986, Seite 257 bekannt, die Widerstandslegierungen PC-4800, PC-3710, PC-3001, PC-1714, PC-1004, PC-4206 zu verwenden, die 10, 30 bzw. 50% Siliziummonoxid und 90, 70 bzw. 50% Chrompulver enthalten. Der spezifische Widerstand der aus diesen Widerstandslegierun­ gen hergestellten Schichten beträgt bis zu 20 kΩ/kV. Die Verlustleistung beträgt (1-5) W/cm2. Die Schichten werden durch "Explosions"-Verdampfung und thermische Aufdampfung herge­ stellt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es nicht möglich ist, homogene Schichten auf große Flächen auf­ zutragen, sowie in der geringen Effektivität des Verfahrens.For the production of thin-layer resistance heating elements, it is made of Z.Ju. Gotra "Spravochnik po tekhnologii mikroelek tronnykh ustroistv" (manual of the technology of microelectronic devices), Lvov, 1986, page 257, the resistance alloys PC-4800, PC-3710, PC-3001, PC-1714, PC-1004, PC- 4206 to use, which contain 10, 30 or 50% silicon monoxide and 90, 70 or 50% chrome powder. The specific resistance of the layers produced from these resistance alloys is up to 20 kΩ / kV. The power loss is (1-5) W / cm 2 . The layers are produced by "explosion" evaporation and thermal evaporation. The disadvantage of this method is that it is not possible to apply homogeneous layers to large areas, and in the low effectiveness of the method.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zur Herstellung großflächiger Heizele­ mente zu schaffen, die einen hohen Übertragungskoeffizienten haben.The invention has for its object a simple and reliable process for the production of large heating elements to create elements that have a high transmission coefficient to have.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruchs ge­ löst.This task is based on the generic method by the characterizing measures of claim ge solves.

Durch die Abscheidung aus der ersten Mischung wird auf dem Träger eine Isolierschicht aus SiO2 gebildet. Hierdurch können die normalerweise auf Metallen (Aluminium, rostfreier Stahl) verwendeten Keramika (Sitall, Polykor, CHS-22) ersetzt werden. Die SiO2-Schicht bewirkt eine gute Adhäsion der anschließend aufgetragenen Widerstandslegierung, da beispielsweise bei Verwendung von Aluminium als Träger die Anodisierung der Metalloberfläche oder bei der Verwendung von rostfreiem Stahl als Träger eine sichere Haftung der wachsenden Oxidschicht am Träger gewährleistet wird. Außerdem kann durch die Verwendung der SiO2-Schicht eine nahezu ideale Übereinstimmung der Wärme­ ausdehnungskoeffizienten erreicht werden. Durch die Abschei­ dung der Widerstandsschicht in Form von amorphem Silizium wird ein regelbarer hoher spezifischer Widerstand von (5 bis 100 kΩ/kV) gewährleistet.The deposition from the first mixture forms an insulating layer made of SiO 2 on the carrier. This can replace the ceramics (Sitall, Polykor, CHS-22) normally used on metals (aluminum, stainless steel). The SiO 2 layer ensures good adhesion of the subsequently applied resistance alloy, since, for example, when using aluminum as the support, the anodization of the metal surface or when using stainless steel as the support, a secure adhesion of the growing oxide layer to the support is ensured. In addition, an almost ideal match of the thermal expansion coefficient can be achieved by using the SiO 2 layer. The deposition of the resistance layer in the form of amorphous silicon ensures a controllable high specific resistance of (5 to 100 kΩ / kV).

Die in eine Vakuumkammer eingeführten Gase (SiH4:Ar), O und BF3 werden zerlegt und in einem Hochfrequenzentladungsfeld ioni­ siert, bis sie ein Ionenplasma bilden. Die ionisierten Atome schlagen sich auf dem erwärmten Träger nieder und bilden auf der Oberfläche je nachdem, welches Gas eingeführt wurde, entweder eine Isolierschicht aus SiO2 oder eine Widerstands­ schicht in Form von amorphem Silizium. Die Schichtdicke wird in Abhängigkeit von der Dauer der Abscheidung und von der gewünschten Leistung des Heizelements bestimmt.The gases (SiH 4 : Ar), O and BF 3 introduced into a vacuum chamber are broken down and ionized in a high-frequency discharge field until they form an ion plasma. The ionized atoms are deposited on the heated support and, depending on which gas has been introduced, form either an insulating layer made of SiO 2 or a resistance layer in the form of amorphous silicon, depending on the gas introduced. The layer thickness is determined depending on the duration of the deposition and on the desired output of the heating element.

Es kann dasselbe Ausgangsgemisch aus SiH4 und Ar für die Isolier- und die Widerstandsschicht verwendet werden. Es muß nur entweder O oder BF3 zusätzlich zugeführt werden.The same starting mixture of SiH 4 and Ar can be used for the insulating and resistance layers. It is only necessary to add either O or BF 3 additionally.

Beträgt der Argongehalt im Ausgangsgemisch mit SiH4 weniger als 96%, kann keine sichere Haftung der wachsenden Schichten am Träger gewährleistet werden. Beträgt der Argongehalt dagegen mehr als 97%, so können keine stöchiometrischen Schichten aus Isolierstoff und Widerstandsmaterial mit dem erforderlichen Widerstandstemperaturkoeffizienten von (3 bis 8) × 10-4 K-1 gebildet werden.If the argon content in the starting mixture with SiH 4 is less than 96%, no reliable adhesion of the growing layers to the support can be guaranteed. On the other hand, if the argon content is more than 97%, no stoichiometric layers of insulating material and resistance material with the required resistance temperature coefficient of (3 to 8) × 10 -4 K -1 can be formed.

Beträgt das Verhältnis des Ausgangsgemisches zu O mehr als 1 : 2,5, kann die Oxidschicht SiO2 nicht gebildet werden. Ein Verhältnis von weniger als 1 : 5 ist nicht zweckmäßig, da keine zuverlässige Isolierschicht gebildet werden kann.If the ratio of the starting mixture to O is more than 1: 2.5, the oxide layer SiO 2 cannot be formed. A ratio of less than 1: 5 is not appropriate since a reliable insulating layer cannot be formed.

Beträgt das Verhältnis des Ausgangsgemisches zum Legierungs­ zuschlag BF3 mehr als 100 : 5, kann keine Schicht mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 10 Ω/kV gebildet werden. Wenn dieses Verhältnis weniger als 100 : 10 beträgt, fällt der Widerstand des Heizelements beträchtlich ab.If the ratio of the starting mixture to the alloy surcharge BF 3 is more than 100: 5, no layer with a specific resistance of less than 10 Ω / kV can be formed. If this ratio is less than 100:10, the resistance of the heating element drops significantly.

Bei einer Temperatur des Trägers unter 250°C wird keine siche­ re Haftung der wachsenden Schicht am Träger erreicht. Eine Temperatur des Trägers über 500°C ist unwirtschaftlich.If the temperature of the carrier is below 250 ° C, no safe The adhesion of the growing layer to the carrier is achieved. A Temperature of the carrier above 500 ° C is uneconomical.

Beträgt der Druck weniger als 0,2 mmHg, ist die fertigungs­ gerechte Schichtwachstumsgeschwindigkeit nicht optimal. Bei einem Druck von mehr als 0,5 mmHg wird nicht das ganze Aus­ gangsgemisch zur Zerlegung und Abscheidung der Schichten verwendet.If the pressure is less than 0.2 mmHg, the manufacturing is fair layer growth rate not optimal. At a pressure of more than 0.5 mmHg will not completely shut off mixture of layers for the separation and deposition of the layers used.

Entladungsleistungen von weniger als 0,1 W/cm2 reichen für die Abscheidung von gleichmäßigen Schichten nicht aus. Entladungs­ leistungen von mehr als 0,5 W/cm2 sind aus wirtschaftlichen Gründen nicht zweckmäßig.Discharge powers of less than 0.1 W / cm 2 are not sufficient for the deposition of uniform layers. Discharge powers of more than 0.5 W / cm 2 are not practical for economic reasons.

Beispielexample

In einer Abscheidungskammer für eine plasmachemische Abschei­ dung wird ein Unterdruck von 0,2 bis 0,5 mmHg erzeugt. An­ schließend wird der plattenförmige Träger auf eine Temperatur von 250-500°C erwärmt. Anschließend wird das Ausgangsgemisch und O in einem Verhältnis von 1: (2,5 bis 5) in die Abschei­ dungskammer eingeführt und die Isolierschicht bei einer Entla­ dungsleistung von 0,1 bis 0,5 W/cm2 auf den Träger abgeschieden. Danach wird das Ausgangsgemisch und BF3 in einem Verhältnis von 100: (5 bis 10) in die Abscheidungskammer einge­ führt und die Widerstandschicht bei einer Entladungsleistung von 0,1 bis 0,5 W/cm2 auf der Isolierschicht abgeschieden. Die jeweilige Abscheidungsdauer wird abhängig von der Schicht­ wachstumsgeschwindigkeit gewählt. Diese beträgt bei der Ab­ scheidung von SiO2 40 Å/min und bei der Abscheidung von Si:F 60 Å/min.A vacuum of 0.2 to 0.5 mmHg is generated in a deposition chamber for plasma chemical deposition. Then the plate-shaped carrier is heated to a temperature of 250-500 ° C. The starting mixture and O are then introduced into the deposition chamber in a ratio of 1: (2.5 to 5) and the insulating layer is deposited on the carrier at a discharge power of 0.1 to 0.5 W / cm 2 . The starting mixture and BF 3 are then introduced into the deposition chamber in a ratio of 100: (5 to 10) and the resistance layer is deposited on the insulating layer at a discharge power of 0.1 to 0.5 W / cm 2 . The respective deposition time is selected depending on the layer growth rate. This is 40 Å / min for the deposition of SiO 2 and 60 Å / min for the deposition of Si: F.

Auf das erhaltene Gefüge werden Kontaktflächen aus Aluminium aufgetragen.Contact surfaces made of aluminum are placed on the structure obtained applied.

Das hergestellte Heizelement hat einen spezifischen Widerstand von (5-100) kΩ/kV und eine Verlustleistung von 8 bis 10 W/cm2.The heating element produced has a specific resistance of (5-100) kΩ / kV and a power loss of 8 to 10 W / cm 2 .

Claims (1)

Verfahren zur Herstellung eines Heizelements, bei dem eine Arbeitsschicht durch Abscheidung in einem plasmachemischen Verfahren auf einem Träger mit Kontaktflächen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß als Träger eine Metalloberfläche verwendet wird,
  • - daß auf dem Träger zunächst eine Isolierschicht durch Ab­ scheidung aus einer ersten Mischung gebildet wird, die aus einem Ausgangsgemisch aus SiH4 und Ar, das 96-97% Ar ent­ hält, und O besteht, wobei das Verhältnis zwischen dem Aus­ gangsgemisch und O 1: (2,5 bis 5) beträgt,
  • - daß anschließend eine Widerstandsschicht aus legiertem amor­ phem Silizium durch Abscheidung aus einer zweiten Mischung gebildet wird, die aus einem Ausgangsgemisch aus SiH4 und Ar, das 96-97% Ar enthält, und BF3 besteht, wobei das Verhältnis zwischen dem Ausgangsgemisch und BF3 100: (5 bis 10) beträgt, und
  • - daß beide Abscheidungsvorgänge bei einer Temperatur des Trägers von 250 bis 500°C, einem Druck von 0,2 bis 0,5 mmHg und einer spezifischen Entladungsleistung von 0,1 bis 0,5 W/cm2 ausgeführt werden.
A method for producing a heating element, in which a working layer is formed by deposition in a plasma chemical process on a carrier with contact surfaces, characterized in that
  • - that a metal surface is used as a carrier,
  • - That first an insulating layer is formed by separation from a first mixture, which consists of a starting mixture of SiH 4 and Ar, which contains 96-97% Ar, and O, the ratio between the starting mixture and O 1: (2.5 to 5),
  • - That then a resistance layer of alloyed amor phem silicon is formed by deposition from a second mixture consisting of a starting mixture of SiH 4 and Ar, which contains 96-97% Ar, and BF 3 , the ratio between the starting mixture and BF 3 100: (5 to 10), and
  • - That both deposition processes are carried out at a temperature of the carrier of 250 to 500 ° C, a pressure of 0.2 to 0.5 mmHg and a specific discharge power of 0.1 to 0.5 W / cm 2 .
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DE19720880A1 (en) * 1997-05-17 1998-11-19 Ego Elektro Geraetebau Gmbh Electric heating element with thermally conductive layer

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3961997A (en) * 1975-05-12 1976-06-08 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Fabrication of polycrystalline solar cells on low-cost substrates
JPS6186269A (en) * 1984-10-04 1986-05-01 Tdk Corp Thermal head
JP2637162B2 (en) * 1988-05-11 1997-08-06 ティーディーケイ株式会社 Heating element for thermal head and method of manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19720880A1 (en) * 1997-05-17 1998-11-19 Ego Elektro Geraetebau Gmbh Electric heating element with thermally conductive layer

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