DE69429976T2

DE69429976T2 - Diamant Heizkörper

Info

Publication number: DE69429976T2
Application number: DE69429976T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Fuji; Takashi Tsuno
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-12-09
Filing date: 1994-12-07
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2014-12-08
Also published as: EP0658066B1; EP0658066A3; JPH07161455A; CA2137603C; DE69429976D1; CA2137603A1; US5695670A; EP0658066A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizer und insbesondere, aber nicht ausschließlich einen kleinen Heizer, der in einem Vakuum verwendet werden kann, oder einen Heizer, der in einer Flüssigkeit verwendet wird, wobei eine Isolierung zwischen dem Heizer und der umgebenden Flüssigkeit erforderlich ist.
Ein Heizer ist ein Gerät, das Wärme erzeugt, wenn ein Strom durch dasselbe fließt. Der Widerstand des Heizers erzeugt aus dem Strom eine Joulesche Wärme. Herkömmliche Heizer verwenden Metalldrähte als Leitungsmaterial zum Erzeugen von Wärme: zum Beispiel einen Nickelchrom (Ni-Cr)-Draht, einen Kanthal (Fe-Cr-Al)-Draht usw. Derartige Metalldrähte sind chemisch stabil und auch in Umgebungen mit hohen Temperaturen äußerst widerstandsfähig gegenüber Oxidation. Weiterhin weisen die Metalldrähte einen ausreichenden elektrischen Widerstand auf, um eine Heizspannung anzulegen. Die Heizer mit den Metalldrähten hohen Widerstands werden für verschiedene Zwecke verwendet. Die Metallheizer sind allgemein kostengünstig herzustellen. Metallheizer können nicht umhüllte Drähte verwendet werden, wenn diese nur in Kontakt mit einem Isolator und der Luft kommen.
Die Metalldrähte müssen jedoch mit Glimmerplatten oder Quarzrohren umhüllt werden, um das Metall von der Umgebung zu isolieren. Weil eine Glimmerplatte plan ausgebildet ist, muss der Heizdraht zur Isolation zwischen zwei Glimmerschichten angeordnet werden. Falls die Isolation mittels Quarz erfolgt, muss der Draht in ein Quarz (SiO&sub2;)-Rohr eingefügt werden. Das Quarzrohr schützt und isoliert den Metalldrahtheizer von der Umgebung. Die Umhüllungen aus Quarz oder Glimmer vergrößern das Volumen oder die Fläche des Heizers mindestens um die Dicke der Umhüllungen. Die Umhüllung macht den Heizer voluminös, da es sein Volumen erhöht. Die Notwendigkeit der zusätzlichen Umhüllung macht es schwierig, kleine Heizer herzustellen.
Der Metallheizer kann nicht auf eine Temperatur erhitzt werden, die den Schmelzpunkt des als Material verwendeten Metalls überschreitet. Die Schmelzpunkte der Heizermetalle liegen bei höchstens ungefähr 2000ºC. Allgemein sind die Schmelzpunkte der Metalle viel niedriger als die Schmelzpunkte von Oxiden.
Trotzdem bestimmt der Schmelzpunkt nicht den für einen Heizer verfügbaren Höchstwert der Temperatur. Die Umhüllungen stellen einen weiteren Faktor dar, der den Höchstwert der Heizertemperatur bestimmt. Indem der Widerstandsdraht durch Glimmer, Quarz oder ein anderes Isolatormaterial umhüllt wird, wird die Wärmeleitung reduziert. Eine schlechte Leitung erhöht die Temperaturdifferenz zwischen einem zentralen Heizdraht und der Außenoberfläche der Umhüllungen. Die höchste Temperatur des Heizdrahts muss niedriger als der Schmelzpunkt des Isolators sein. Auf diese Weise beträgt die Oberflächentemperatur des Isolators des Metallheizers allgemein weniger als 1000ºC.
In einigen Fällen ist es jedoch nur erforderlich, einen begrenzten Teil eines Objekts lokal zu heizen. Für derartige Fälle ist ein kleiner, aber leistungsstarker Heizer nötig. Herkömmliche Metalldrahtheizer sind wegen der niedrigen Dichte der Strahlungsstrahlen, die durch das breite Volumen der Umhüllung verursacht wird, und wegen der niedrigen Temperatur des Strahlungsdrahtes ungeeignet.
JP-A-3025880 beschreibt einen Heizer, der einen Isolator aus Diamant aufweist.
US-A-5183530 beschreibt die Herstellung eines Diamant-Thermistors.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kleinen Heizer anzugeben. Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen leistungsstarken Heizer anzugeben, der eine lokalisierte Erhitzung erzeugen kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heizer anzugeben, der in einem Vakuum verwendet werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heizer anzugeben, der für die Verwendung in einer Flüssigkeit geeignet ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heizer anzugeben, der auf eine extrem hohe Temperatur erhitzt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Diamantheizer angegeben, der einen oder mehrere Isolierteile aus Diamant umfasst und durch einen oder mehrere kontinuierliche Leitungsbahnen mit Enden gekennzeichnet ist, wobei die eine oder mehreren Leitungen sowie die Enden aus einem mit Boron dotierten Einkristall- oder Polykristalldiamant ausgebildet sind,
wobei Isolierteile die eine oder mehreren Leitungsbahnen umgeben und aus einem nicht dotierten Einkristall- oder Polykristalldiamant ausgebildet sind, und wobei Ohmsche Elektroden an den Enden der einen oder mehreren Leitungsbahnen ausgebildet wird,
wobei die Anordnung derart beschaffen ist, dass wenn eine Spannung an den Elektroden angelegt wird, ein Strom in der einen oder den mehreren Leitungsbahnen fließt.
Ein Heizer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Diamantisolator, eine oder mehrere Leitungsbahnen aus mit Boron dotiertem Diamant und mit Enden, die durch das Dotieren von Boron in den Diamant ausgebildet sind, sowie Elektroden die an den Enden der Leitungsbahnen ausgebildet sind. Wenn eine Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, fließen Ströme in den Leitungsbahnen, um eine Joulesche Wärme zu erzeugen. Der Heizer wird im Folgenden als Diamantheizer bezeichnet, weil die Hauptteile des Heizers aus Diamant ausgebildet sind. Eine Diamantheizer gemäß der vorliegenden Erfindung wird hergestellt, indem ein mit Boron dotierter Teil entlang einer Leitung in einem isolierenden Diamantkristall ausgebildet wird. Der Isolatordiamant ist ein nicht dotierter Diamant, der als isolierende Umhüllung dient. Die Anzahl der Elektroden ist nicht auf zwei beschränkt. Es können auch drei oder mehr Elektroden an dem Diamantheizer vorgesehen werden. Die Elektroden werden an den Enden der leitenden Diamantleitung ausgebildet. Die leitende Diamantleitung kann eine beliebige Form aufweisen und beispielsweise wie eine Spule oder Spirale mäandern.
Eine längere Leitungsbahn sieht einen höheren Widerstand für die Leitung vor. Eine lange Leitung entspricht einer seriellen Verbindung von kurzen Leitungsbahnen. Eine gleichmäßig mäandernde Leitungsbahn ermöglicht es dem Heizer, eine gleichmäßige Wärmeerzeugung an der Oberfläche der Heizeinrichtung vorzusehen. Eine Glättung der Wärmeerzeugungsdichte wird auch durch eine gleichmäßig verteilte Spulenleitung erreicht.
Die Anzahl der Leitungsbahnen, die zwei Elektroden miteinander verbinden, ist nicht auf eine beschränkt. Es können zwei oder mehr Leitungen als Leitungsbahnen in einem Diamantheizer vorgesehen werden. Wenn zwei Elektroden durch eine Vielzahl von Leitungsbahnen verbunden werden, wird die Strahlungsleistung erhöht, indem der effektive Widerstand der Verbindungsleitungen herabgesetzt wird. Die Verbindung durch eine Vielzahl von Leitungsbahnen entspricht der parallelen Verbindung von Widerständen. Die Verwendung von mehr als zwei Leitungsbahnen ermöglicht es dem Heizer, die Strahlungsdichte lokal auf der Oberfläche zu variieren.
Im Folgenden werden die Funktionen der Einrichtung erläutert. Natürlicher Diamant ist ein Isolator. Synthetischer Diamant ist auch ein Isolator, wenn er nicht mit einem Dotierungsmittel (einem Fremdstoff) dotiert wird. Bisher wurde Diamant nicht für eine Heizeinrichtung verwendet, weil Diamant lange Zeit als Isolator betrachtet wurde. Kein Isolator kann als Material für einen Heizer verwendet werden, der bei Anlegung einer Spannung Joulesche Wärme erzeugt. Deshalb wurde Diamant als Material für eine Heizeinrichtung niemals in Erwägung gezogen.
Diamant ist ein hervorragendes Material, das viele vorteilhafte Eigenschaften aufweist. Diamant wird aufgrund seines hohen Preises und seiner einmaligen Schönheit für Juwelen, Accessoires oder Ornamente verwendet. Seine extreme Härte macht den Diamanten zu einem geeigneten Material für Schneidewerkzeuge. Diamantenpulver wird für Schleifsteine verwendet, indem das Pulver etwa mittels eines Harzes auf einem Substrat gebunden wird. Derartige Schleifsteine weisen eine lange Lebensdauer auf. Schmuck, Besteck, Schneidewerkzeuge und Schleifsteine sind auch heute noch die Hauptanwendungsgebiete für Diamant.
Zusätzlich zu den oben genannten Eigenschaften, d. h. hoher Preis, einmalige Härte und unvergleichliche Schönheit, weist der Diamant noch weitere Vorteile auf. Diamant besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Eine Wärmesenke aus Diamant ist eine der Einrichtungen, welche die hervorragende Wärmeleitfähigkeit von Diamant nutzt. Eine Wärmesenke aus Diamant wird verwendet, um die von Halbleiterbauelementen abgestrahlte Hitze abzuführen. Eine derartige Wärmesenke aus Diamant ist einer Wärmesenke aus Aluminium aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit weit überlegen. Wärmesenken aus Diamant werden wegen ihrer hohen Kosten jedoch nur in Verbindung mit speziellen Halbleitereinrichtungen verwendet.
Diamant hat ein leichtes Gewicht und ist starr. Diamant weist sogar die höchste Biegefestigkeit unter allen Materialien auf. Diamant wird weiterhin als Vibrationsplatte für Lautsprecher und insbesondere für hochfrequente Klänge verwendet. Obwohl Diamant die oben genannten vielfachen Anwendungen erfährt, verwenden alle diese Einrichtungen nur isolierenden Diamant. Weil Diamant ein sehr teueres Material ist, wird er trotz seiner vielfältigen Vorteile nicht häufig eingesetzt. Die hohen Kosten beschränken die Anwendungen des Diamanten auf einen schmalen Bereich. Da er von Natur aus ein Isolator ist, wurde Diamant niemals als Widerstandsmaterial für eine Heizvorrichtung in Erwägung gezogen. Ein Heizer aus Diamant wurde bisher nicht vorgeschlagen.
Es gibt allgemein zwei Verfahren zum Synthetisieren von Diamant. Eines davon ist ein Ultrahochdruck-Syntheseverfahren, das einen ultrahohen Druck und eine hohe Temperatur auf ein Kohlenstoffmaterial anwendet und durch die Wirkung der hohen Hitze und des hohen Drucks einen großen Diamantkristall synthetisiert. Das andere Verfahren verwendet ein thermisches CVD-Verfahren oder ein Plasma-CVD-Verfahren. Dadurch wird ein Dünnfilm aus Diamant auf einem Basissubstrat gebildet.
Das Ultrahochdruck-Verfahren ermöglicht die Herstellung eines großen Diamantkristalls. Das CVD-Verfahren ist besser für die Herstellung eines Dünnfilms aus Diamant geeignet. Trotzdem kann unter Verwendung des CVD-Verfahrens mittels einer verlängerten Reaktion auch ein dicker Diamantpolykristall oder ein dicker Diamanteinkristall hergestellt werden.
Natürlicher Diamant ist ein Isolator. Der mit Hilfe des Ultrahochdruck-Verfahrens synthetisierte Diamant ist ebenfalls ein Isolator. Deshalb wurde Diamant niemals als Heizwiderstand verwendet. Das CVD-Verfahren bietet eine hervorragende Freiheit bei der Auswahl des Materialgases, weil das CVD-Verfahren einen Materialgasfluss auf ein Substrat vorsieht, eine chemische Reaktion induziert und das erzeugte Material auf dem Substrat aufträgt.
Diamant weist noch weitere wichtige Eigenschaften wie etwa eine breite Bandlücke, einen hohen Wärmewiderstand in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre und einen hohen Schmelzpunkt auf, der in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre 4000ºC beträgt. Weil Diamant neben diesen hervorragenden Eigenschaften zusätzlich eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wurde nach Anwendungen des Diamanten in Vorrichtungen gesucht, die hohen Temperaturen, hohen Dichten von kosmischen und radioaktiven Strahlen oder anderen extremen Bedingungen ausgesetzt werden.
Die Herstellung von Halbleiterbauelementen erfordert die Bildung eines p-Bereichs, eines n-Bereichs und eines pn-Übergangs im Medium. Nicht dotierter Diamant ist ein Isolator, während ein mit einem Fremdstoff wie zum Beispiel B (Boron) dotierter Diamant eine geringe Leitfähigkeit aufweist.
Die CVD-Synthese ermöglicht es, Fremdstoffe in den Diamant zu dotieren. Eine Untersuchung des Halbleiterdiamanten ergibt, dass die Dotierung des Borons eine Umwandlung von einem isolierenden Diamanten zu einem p-Halbleiterdiamanten bewirkt. Bis jetzt ist jedoch neben dem p-Fremdstoff kein anderes Dotierungsmittel bekannt. Es ist außerdem schwierig, einen n-Halbleiter durch das Dotieren eines anderen Dotierungsmittels herzustellen. Die Dotierung eines n-Fremdstoffes ist viel schwieriger. Niemand konnte bisher erfolgreich eine n-Leitung mit niedrigem Widerstand bei einem Diamanten erreichen. Die Schwierigkeit der Herstellung eines n-Bereichs macht die Herstellung eines guten pn- Übergangs bei einem Diamanten unmöglich. Deshalb kann unter Umständen ein Schottky- Übergang als gleichrichtender Übergang anstelle eine pn-Übergangs vorgesehen werden.
Reiner Diamant dagegen ist ein Isolator. Der spezifische elektrische Widerstand ist sehr hoch. Die Kristallstruktur ist die Diamantstruktur, d. h. eine s-p³-Hybridisierung der kovalenten Bindungen mit kubischer Symmetrie. Auch Silizium besitzt eine Diamantstruktur. Die Kristallstruktur ist dem Diamanten und dem Silizium gemeinsam. Aber ein Kohlenstoffatom weist einen kleineren Atomradius und eine stärkere Bindungsenergie auf als ein Siliziumatom in den kovalenten Bindungen. Der kleinere Atomradius und die stärkere Bindung verhindern das Eindringen von Fremdatomen in einen Diamantkristall. Die Dotierung von Fremdstoffen ist also bei einem Diamantsubstrat schwierig. Wenn einige Fremdatome in einen Diamantkristall dotiert wurden, kann der elektrische Widerstand wider Erwartungen nicht durch die Dotierung der Fremdstoffe reduziert werden. Das dotierte Fremdatom gibt kein Elektron oder Loch an die Gastdiamantstruktur ab. Der Diamant bleibt trotz der Fremdstoffdotierung ein Isolator. Weiterhin bietet das Dotieren von Fremdstoffen in den Diamanten keine Reproduktionsmöglichkeiten.
Die Bedingungen für das Dotieren von anderen Fremdstoffen als Boron in den Diamanten sind unklar. Nur Boron kann derzeit mit einer ausreichenden Dosierung und einer ausreichenden Produktivität in den Diamanten dotiert werden. Das CVD-Verfahren ermöglicht es, dass Boron-Atome in die Diamantstruktur eindringen, indem es gasförmiges Borid mit einem Materialgas mischt.
Die vorliegende Erfindung nutzt die Eigenschaft des Diamanten, dass eine Dotierung mit Boron einen p-Diamanten ergibt. Der mit Boron dotierte Teil wird ein Halbleiterdiamant mit einem niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand als der andere nicht-dotierte Teil. Auch wenn der Diamant mit Boron dotiert wird, kann der Diamant kein guter Leiter für elektrischen Strom werden. Boron dotierter Diamant weist weiterhin einen beträchtlich hohen spezifischen elektrischen Widerstand auf. Das Material eines Widerstandsheizers benötigt jedoch einen ausreichenden Widerstand. Wenn nicht, kann keine ausreichende Spannung an dem Material angelegt werden. Die Erfinder denken, dass ein Halbleiter besser als Widerstandsheizer-Material geeignet ist als ein leitendes Material.
Deshalb hatten die Erfinder die Idee, einen Heizer herzustellen, indem sie kontinuierliche Leitungsbahnen durch das Dotieren von Boron in ein Diamantsubstrat bilden, Elektroden an den Enden der Leitungsbahnen ausbilden und einen Strom an den Leitungsbahnen als Wärmestrahlungsmedium anlegen. Die vorliegende Erfindung geht aus dieser Idee hervor. Die mit Boron dotierten Leitungsbahnen und die anderen nicht-dotierten Teile können durch eine Stromlithographie selektiv auf einem isolierenden Diamantkristall ausgebildet werden. Die mit Boron dotierten Teile dienen als Leitungs- und Wärmestrahlungsbahnen. Die Konzentration des dotierten Borons sollte höher als 10¹&sup0; cm 3 sein. Vorzugsweise ist die Konzentration des Borons höher als 10²&sup0; cm 3. Die nicht-dotierten Teile dienen als isolierende Umhüllung. Wenn eine derartige Diamanteinrichtung als Heizer verwendet wird, erzeugen die Leitungsbahnen unter Stromversorgung Wärme, während die nicht-dotierten Teile als Isolator für die Leitungsbahn dienen. Diese Einrichtung weist den Vorteil auf, dass sowohl die Leitungsbahnen als auch die isolierenden Umhüllungen aus demselben Material ausgebildet werden können. Der Heizer kann also als Ein-Material-Heizer bezeichnet werden.
Dieser Vorteil konnte bisher mit keinem anderen Heizermaterial realisiert werden. Aus Metallen kann kein Heizer gebildet werden, bei dem dasselbe Material für die Wärme erzeugenden Teile und für die isolierenden Teile verwendet wird, weil Metalle keine isolierenden Teile bilden können. Silizium kann nicht zur Herstellung eines Ein-Material-Heizers verwendet werden, weil auch intrinsisches Silizium einen ausreichenden Strom leitet, so dass eine isolierende Umhüllung nicht aus Silizium vorgesehen werden kann.
Bisher war kein Heizer bekannt, der leitende Teile und isolierende Teile aus demselben Material umfasst. Ein Diamantheizer ist der erste Heizer, der die entgegengesetzten Bedingungen erfüllt, so dass dasselbe Material sowohl als Leiter als auch als Isolator verwendet werden kann.
Der Ein-Material-Heizer weist zwei Vorteile auf. Es ist kein leitender Draht in einem separaten Isolierband oder Isolierblatt gehüllt, das einen extra großen Raum oder eine extra große Fläche erfordert. Weil der vorliegende Heizer ohne derartige separate Isolierteile auskommt, benötigt der Heizer keinen zusätzlichen Raum oder keine zusätzliche Fläche für die Isolierung. Das gemeinsam verwendete Material ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Heizern aus zwei verschiedenen Materialien eine kleiner Größe des Heizers. Ein kleiner Heizer kann einfach auf einem Diamantkristall hergestellt werden, indem die vorliegende Lithographie-Technologie für Halbleiterbauelemente angewandt wird.
Die anderen Vorteile betreffen das Problem der Wärmeausdehnung. Bei einem herkömmlichen Heizer aus Metall, weisen ein Metalldraht und ein Isolator (z. B. Glimmer, Quarz, usw.) unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Ein Anstieg oder Abfall der Temperatur induziert eine Differenz bei der Ausdehnung oder Schrumpfung zwischen dem zentralen Draht und dem umgebenden Isolator. Eine Wiederholung der relativen Ausdehnung oder Schrumpfung führt zu Rissen im Isolator oder zu Brüchen im Draht. Der Diamantheizer der vorliegenden Erfindung ist jedoch vollständig unberührt von dem Problem einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung, weil die leitenden Teile und die isolierenden Teile denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Es besteht bei der vorliegenden Erfindung keine Wahrscheinlichkeit, dass Risse in isolierenden Teilen oder Brüche in den leitenden Leitungen auftreten.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden nochmals erläutert. Die vorliegende Erfindung verwendet einen Diamantkristall für die Leitungsbahnen und isolierenden Umhüllungen einer Heizeinrichtung. Die Leitungsbahnen sind aus mit Boron dotiertem Diamant gebildet. Die Isolatorumhüllungen werden durch einen nicht-dotierten Diamant gebildet.
Eine elektrische Leitung kann auch bei einem Diamanten durch das Dotieren von Boron- Atomen erhalten werden. Auch wenn Boron mit einer beträchtlich hohen Dichte dotiert wird, weist der dotierte Diamant einen ausreichend hohen spezifischen elektrischen Widerstand auf, was von wesentlicher Bedeutung für einen Widerstandsheizer ist. Der hohe Widerstand ermöglicht es, dass die mit Boron dotierten Leitungen als Widerstand für den Heizer dienen.
Weil die Wärme strahlenden Teile und die isolierenden Teile durch dasselbe Material gebildet werden, weist der Heizer einen sehr einfachen Aufbau auf. Die Wärmeleitfähigkeit des Diamanten erlaubt es dem Heizer, eine hohe Wärmestrahlungsdichte aufzuweisen.
Der Heizer der vorliegenden Erfindung ist gegenüber chemischen Reaktionen relativ widerstandsfähig. Deshalb kann der Heizer in Umgebungen verwendet werden, die wahrscheinlich durch Säure, Alkali oder andere korrosive Chemikalien kontaminiert sind. Weil der Diamantisolator verhindert, dass Flüssigkeit in die Heizerleitung eindringt, kann der Heizer auch in Flüssigkeit verwendet werden, z. B. um Medikamente oder flüssige Pharmazeutika zu erwärmen. Wenn der Heizer balkenförmig ausgebildet ist, kann eine Objektflüssigkeit einfach erwärmt werden, indem der Balkenheizer in ein Gefäß getaucht wird, das die Flüssigkeit enthält.
Der Heizer kann im Haushalt für das Kochen von Wasser eingesetzt werden. Weil die Schutzhülle aus Diamant weder Gas noch Dampf erschöpft, kann der Heizer in einem Vakuum verwendet werden. Es ist möglicht, den Heizer in einer Analysevorrichtung, die Elektronenstrahlen in einem Vakuum verwendet, zum Erwärmen einer zu analysierenden Probe zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende beispielhafte Beschreibung verdeutlicht, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt.
Fig. 1 ist eine horizontale Schnittansicht eines Heizers aus Diamant der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine vertikale Schnittansicht desselben Heizers der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Startsubstrats aus Si während des Prozesses O zum Herstellen des Diamantheizers der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Si-Substrats und einer nicht-dotierten Diamantschicht während des Prozesses 2.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht des Si-Substrats, des nicht-dotierten Diamanten und der mit Boron dotierten Diamantschicht während des Prozesses 3.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X von Fig. 1 des Si-Substrats, des nicht-dotierten Diamanten, der mit Boron dotierten Diamantschicht sowie einer Reserveschicht, die durch Photolithographie mit einer Maske gemustert ist, während des Prozesses 4.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X von Fig. 1 des Si-Substrats, des nicht-dotierten Diamanten sowie der selektiv zurückgelassenen und mit Boron dotierten Diamantschicht während des Prozesses 5, wobei die mit Boron dotierte Schicht selektiv durch das RIE weggeätzt wurde.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie Y-Y von Fig. 1 des Si-Substrats, des nicht-dotierten Diamanten, der selektiv zurückgelassenen und mit Boron dotierten Diamantschicht sowie der Elektroden während des Prozesses 7.
Fig. 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X von Fig. 1 des Si-Substrats, des unteren nicht-dotierten Diamanten, der spärlich verbleibenden und mit Boron dotierten Diamantschicht und eines anderen nicht-dotierten Diamanten während des Prozesses 8, wobei eine andere nicht-dotierte Diamantschicht aufgetragen wurde.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X des unteren nicht-dotierten Diamanten, der kontinuierlich verbleibenden und mit Boron dotierten Diamantschicht sowie eines weiteren nicht-dotierten Diamanten während des Prozesses 9, wobei das Siliziumsubstrat beseitigt wurde.
Fig. 11 ist eine Schnittansicht des unteren nicht-dotierten Diamanten, der teilweise verbleibenden und mit Boron dotierten Diamantschicht, eines anderen nicht-dotierten Diamanten und der Elektroden während des Prozesses 10, wobei Ohmsche Elektroden an den Enden des mit Boron dotierten Pfades des Diamanten freigelegt wurden.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht eines anderen Diamantheizers, der mit einem Karbidfilm beschichtet ist.
Um die vorstehend genannten Aufgaben zu lösen und gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden Ausführungsformen allgemein beschrieben.
Fig. 1 ist eine horizontale Schnittansicht eines Heizers gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 zeigt eine vertikale Schnittansicht desselben Heizers. Ein Substrat (1) ist aus einem nicht-dotierten Diamanteinkristall oder Diamantpolykristall gebildet. Der Substratdiamant kann aus einem synthetisierten Diamantkristall bestehen, der durch das Ultrahochdruckverfahren oder das CVD-Verfahren hergestellt wurde, oder kann aus einem natürlichen Diamantkristall bestehen.
Das CVD-Verfahren bildet einen nicht-dotierten Diamanffilm auf dem Diamantsubstrat. Boron-Atome werden selektiv mittels Photolithographie in einen kontinuierlich linearen Bereich auf dem CVD-gewachsenen Diamantdünnfilm dotiert. Der lineare Bereich wird durch die Boron-Dotierung zu einer Leitungsbahn (2) mit einem niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand. Dieses Beispiel zeigt einen dreifach mäandernden (zweimal umkehrenden) Pfad, der den Gesamtwiderstand erhöht, in dem er den effektiven Pfad verlängert. Die Anzahl der Umkehrungen ist nicht auf zwei beschränkt. Mehr als zwei Umkehrungen der Linie sind außerdem nützlich, um den Widerstand zu erhöhen und die Verteilung der Wärmeausbeute zu glätten. Die Leitungsbahn kann auch als Spiralmuster mit einem zentralen und einem äußeren Ende vorgesehen werden. Jedes beliebige Leitungsmuster ist für die Leitungsbahn geeignet. In jedem Fall ist die Leitungsbahn (2) vollständig von den nicht-dotierten Diamantschichten (1) und (3) umgeben.
Die Enden der Leitungsbahn (2) sind breit dotierte Teile (5), die breiter dotiert sind als die Leitung (2). Ohmsche Widerstände (4) sind an den breit dotierten Enden (5) ausgebildet. Titan (Ti) ist per Verdampfung oder Sputtering auf den Enden (5) der Leitungsbahn (2) aufgetragen, weil Ti einen guten Ohmschen Kontakt mit dem Boron dotierten Diamanten herstellen kann. Die Enden (5) weisen breite Bereiche auf, die den Kontaktwiderstand zwischen der Ti-Schicht und dem Boron dotierten p-Diamanten reduzieren. Anstatt die Bereiche der Enden (5) zu vergrößern, kann auch die Dotierungskonzentration des Borons an den Enden (5) erhöht werden, um den Kontaktwiderstand der Elektroden (4) herabzusetzen. Dabei wird vorzugsweise die Oberfläche des Elektrodenmaterials, d. h. das Ti, mit einer Schicht aus Gold (Au) bedeckt. Die Elektrode (4) weist einen Aufbau mit zwei Schichten aus Ti und Au auf.
Eine weitere nicht-dotierte Diamantschicht (3) wird auf der Boron dotierten Leitungsbahn (2) und der einhüllenden nicht-dotierten Diamantschicht (1) wachsen gelassen, um die Leitungsbahn (1) zu schützen und zu isolieren. Der Boron dotierte p-Diamantteil (2) ist also dreidimensional von dem nicht-dotierten Diamanten umgeben. Wenn die Elektroden (2) mit einer Stromquelle (nicht in den Zeichnungen gezeigt) verbunden werden, fließt ein elektrischer Strom in dem Boron dotierten Halbleiterdiamanten (2). Die dotierte Leitung (2) dient als Strahlungsleitung zur Erzeugung von Wärme. Der nicht-dotierte isolierende Diamantteil dient als Umhüllung.
Weil der Diamantheizer äußere Teile aufweist, die aus einem nicht-dotierten isolierenden Diamanten bestehen, ist der zentrale Heizteil durch den äußeren isolierenden Diamanten nach außen vollständig elektrisch abgeschirmt. Weil die isolierenden Teile und die leitenden Teile aus demselben Material und durch dasselbe Verfahren ausgebildet werden, weist der Heizer der vorliegenden Erfindung eine viel kleinere Größe auf als herkömmliche Heizer. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung eines ultrakleinen Heizers. Die Verbindung des Heizerdrahtes und der isolierenden Umhüllung bietet eine große Freiheit bei der Auswahl der Form eines Heizers. Es ist zum Beispiel einfach, einen rechteckigen Heizer, einen kreisförmigen Heizer, einen würfelförmigen Heizer, einen säulenförmigen Heizer, einen Dünnfilmheizer, einen linearen Heizer oder einen planen Heizer herzustellen.
Der isolierende Schutzteil ist aus Diamant hergestellt und weist eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit auf. Die in dem leitenden Teil (2) erzeugte Wärme wird schnell durch die isolierenden Diamantumhüllungen (3) und (1) übertragen. Die hohe Wärmeleitfähigkeit der Schutzschichten (3) und (1) aus Diamant minimiert die Temperaturdifferenz zwischen dem Heizteil und den Umhüllungen. Die Wärmeleitung kann weiter erhöht werden, indem die Dicke der umhüllenden Schichten (1) und (3) reduziert wird. Die Oberfläche der Umhüllung wird auf eine höhere Temperatur aufgeheizt als bei dem herkömmlichen Metallheizer. Weil dasselbe Material sowohl für den Heizteil als auch für den Schutzteil verwendet wird, tritt keine Abblätterung zwischen den nicht-dotierten Diamantschichten und der Borondotierten Diamantschicht auf. Weiterhin erzeugen viele Wiederholungen des Zyklus aus Heizen und Abkühlen keine Abschälung an der Verbindungsstelle zwischen der heizenden Diamantschicht und den isolierenden Diamantschichten, weil diese denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Weil Diamant sehr widerstandsfähig gegenüber Säuren, Alkaliden oder anderen Chemikalien ist, kann dieser Heizer in einer sauren Atmosphäre, einer alkalischen Atmosphäre oder anderen aggressiven Atmosphären verwendet werden.
Der Heizer kann bei beträchtlich hohen Temperaturen in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre verwendet werden, weil Diamant einen relativ hohen Schmelzpunkt von ungefähr 4000ºC in einer anaeroben Atmosphäre aufweist.
Der Heizer kann nicht nur in Dampf, sondern auch in Flüssigkeit verwendet werden, weil die Wärmestrahlungsleitung vollständig durch die kompakten Diamantisolatorschichten gedichtet wird, welche verhindern, dass Wasser oder andere Flüssigkeiten eindringen.
Neben Dampf und Flüssigkeiten kann dieser Heizer auch in Vakuum verwendet werden. Der Diamantheizer weist keine Luftlücken oder porösen Teile auf, die Wassertropfen oder Gasmoleküle absorbieren könnten. Es besteht keine Wahrscheinlichkeit, dass Wasser ein Vakuum zerstören oder herabsetzen könnte, weil die Oberfläche des Diamantheizers weder Wasser noch Gas absorbieren kann. Im Gegensatz zu einem Heizer aus Metall oder Kohlenstoff kann kein Pulver der alternden Heizteile das Vakuum beeinträchtigen.
Wenn der Diamantheizer in einer aeroben Atmosphäre verwendet werden soll, kann die gesamte Oberfläche mit einem Karbid wie beispielsweise Titankarbid (TiC) oder Siliziumkarbid (SiC) beschichtet werden. Diamant kann einfach in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer hohen Temperatur oxidiert werden. Karbide sind jedoch äußerst widerstandskräftig gegenüber einer Oxidation. Die Beschichtung des Karbids schützt also den Diamantheizer vor einer Oxidation in einer aeroben Atmosphäre.
Fig. 3 bis Fig. 12 der beigefügten Zeichnungen zeigen das Verfahren zum Herstellen eines Diamantheizers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform verwendet einen Si-Wafer als Substrat und ein CVD-Verfahren zum Wachsen von Diamantschichten.
[Prozess 1 (Fig. 3)] Ein (100) Si-Einkristallwafer (6) wird auf einen Träger einer ECR- Plasma-CVD-Vorrichtung gelegt, die eine Vakuumkammer, ein Magnetron, eine Spule, einen Heizer und den Träger umfasst. Das ECR-Plasma-CVD-Verfahren trägt einen Film aus einer Objektzusammensetzung auf einem Substrat auf, indem es ein Materialgas in der Vakuumkammer vorsieht, ein längliches magnetisches Feld anlegt, eine Mikrowelle in die Kammer einführt und das Materialgas durch die Mikrowelle erregt. Die Frequenz der Mikrowelle ist gleich der Zyklotronfrequenz eines Elektrons in dem länglichen magnetischen Feld. Elektronen absorbieren Mikrowellenenergie in einem resonanten Zustand. Zum Beispiel resoniert die Zyklotronbewegung von Elektronen mit einer Mikrowellenfrequenz von 2,45 GHz unter einem länglichen magnetischen Feld von 0,0875 T (875 Gauss). Wasserstoffgas und Kohlenwasserstoffgas werden in die Vakuumkammer eingeführt, um nicht-dotierten Diamanten zu synthetisieren. Wenn ein Boron dotierter Diamant gebildet wird, sollte zusätzlich zu dem Wasserstoffgas und dem Kohlenwasserstoffgas ein anderes Gas mit Boron in die Reaktionskammer eingeführt werden. Das Boron-haltige Gas kann beispielsweise ein Borangas (BH&sub3;) oder ein Diborangas (B&sub2;H&sub6;) sein, das bei Raumtemperatur gasförmig ist.
[Prozess 2 (Fig. 4)] Ein 100 sccm großer. Fluss von Wasserstoffgas einschließlich von 3% Methan (CH&sub4;) wird von Gaszylindern durch einen Gaseinlass in die ECR-Kammer eingeführt, in welcher der Gesamtdruck auf 2000 P (15 Torr) gehalten wurde. Dabei steht "sccm" für Standardkubikzentimeter pro Minute. Unter "Standard" ist dabei zu verstehen, dass das Volumen durch den Wert angegeben wird, der bei 0ºC auf ein Volumen von unter 0,1 MP (760 Torr) reduziert wird. Die Gase werden mit einer Mikrowelle von 300 W aufgefüllt. Die Materialgase werden durch die von der Mikrowelle angeregten Elektronen zu Plasma gewandelt. Die angeregten Kohlenwasserstoffe und Wasserstoffe reagieren in dem Plasma miteinander auf dem Si-Substrat (6), synthetisieren Diamant und tragen einen Diamanffilm auf dem Si-Substrat (6) auf, das auf 500ºC erwärmt ist. Eine 20 Stunden lange Diamantsynthese erzeugt einen nicht-dotierten Polykristalldiamanten (1) mit einer Dicke von 100 um.
[Prozess 3 (Fig. 5)] In die ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung wird als Materialgas ein Wasserstoffgas eingeführt, das 3% Methan (CH&sub4;) und 1000 ppm Diboran (B&sub2;H&sub6;) umfasst. Eine 300 W starke Mikrowelle wird in die Kammer eingeführt. Ein Boron dotierter Diamant (2) wird auf dem reinen Diamanten (1) aufgetragen, der in Prozess O gewachsen ist. Die Reaktion dauert ungefähr zehn Stunden. Der Boron dotierte p-Diamant (2) weist eine Boron- Konzentration von 10²¹ cm&supmin;³ auf.
[Prozess 4 (Fig. 6)] Das Werkstück wird gekühlt und aus der Kammer genommen. Ein mäanderndes, kammartiges Muster aus einem Reservematerial (7) wird mittels Photolithographie an den Positionen vorgesehen, die den leitenden Teilen auf der Boron dotierten Diamantschicht (2) entsprechen. Dazu trägt der Prozess 4 das Reservematerial (7) auf der p-Diamantschicht (2) auf, bäckt den Wafer bei einer entsprechenden Temperatur, legt eine Maske mit dem entsprechenden Muster für die leitenden Teile auf das gebackenen Reservematerial (7) und belichtet das Reservematerial durch die Maske mittels einer Quecksilberlampe mit ultravioletten Strahlen, um die Teile des Reservematerials (7) nach dem Muster der Maske zu härten. Anstelle des kammartigen Musters der Leitungsbahn kann auch ein Spiralmuster oder ein anderes geeignetes Muster verwendet werden. Beliebige kontinuierliche Muster sind für das Muster der Leitungsbahn geeignet, die durch den p-Halbleiterdiamanten (2) gebildet wird.
[Prozess 5 (Fig. 7)] Das Werkstück wird auf einen Träger in einer RIE-Vorrichtung für das reaktive Ätzen gelegt. Das reaktive Ätzen ist ein Verfahren zum Ätzen eines Objekts, bei dem das Objekt auf ein Paar von parallelen planen Elektroden gelegt wird, in der Kammer ein Vakuum vorgesehen wird, ein reaktives Gas in die Vakuumkammer zugeführt wird, eine Hochfrequenzspannung zwischen dem Elektrodenpaar angelegt wird, das Gas zu Plasma gewandelt wird und eine Kollision der reaktiven Ionen des Plasma mit dem Werkstück gestattet wird. 60 sccm Wasserstoffgas mit 10% vol Sauerstoffgas (O&sub2;/(H&sub2;+O&sub2;)) = 0,1 wird in die RIE-Vorrichtung zugeführt, die unter einem Gesamtdruck von 133 P (1 Torr) gehalten wird.
Eine Hochfrequenzleistung von 400 W wird zwischen dem Elektrodenpaar angelegt. Die Hochfrequenzoszillation erzeugt ein Plasma einschließlich von Sauerstoffionen, Sauerstoffradikalen und Wasserstoffradikalten. Die Boron dotierte Diamantschicht (2) wird durch das Plasma geätzt. Insbesondere 35 Minuten lang durch die Sauerstoffradikalen. Nur die nicht vom Reservematerial (7) bedeckten Teile werden weggeätzt. Der untere nicht-dotierte Diamant (1) wird nicht geätzt, weil das Ätzen an der Schnittstelle zwischen dem Borondotierten Diamanten (2) und der unteren nicht-dotierten Schicht (1) zu einem Ende kommt. Die Ätzdicke wird durch die Ätzzeit bestimmt.
[Prozess 6 (Fig. 7)] Das Photoreservematerial wird mittels eines Lösungsmittels von der Oberseite der verbleibenden Boron dotierten Diamantteile (2) entfernt. Die durch das Reservematerial (7) geschützten Boron dotierten Teile (2) bleiben wie in Fig. 7 gezeigt übrig.
[Prozess 7 (Fig. 8)] Das Werkstück wird in eine Vakuumaufdampfungsvorrichtung gelegt.
Kontaktstellen aus Titan (8) werden mit einer Dicke von 0,1 um auf den Enden der leitenden Boron dotierten Leitung (2) aufgedampft. Dann wird weiterhin Platin (Pt) (9) mit einer Dicke von 0,1 um auf den Titan-Kontaktstellen (8) aufgedampft. Das Titan (8) bildet eine Ohmschen Kontakt (10) mit dem p-Diamanthalbleiter. Die Pt-Beschichtung (9) schützt die Titan-Kontaktstellen (8) von Oxidation oder Korrosion.
[Prozess 8 (Fig. 9)] Das Werkstück wird aus der Aufdampfungsvorrichtung genommen. Das Werkstück wird wiederum auf den Träger in der ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung gelegt. Es wird ein Vakuum in der Kammer vorgesehen. Wasserstoffgas einschließlich von 3% vol Methan (CH&sub4;) wird in die CVD-Kammer mit einer Rate von 100 sccm und unter einem Druck von 2000 P (15 Torr) zugeführt. Eine Mikrowelle von 300 W wird 20 Stunden lang an der CVD-Kammer angelegt. Das Siliziumsubstrat (6) wird dabei auf einer Temperatur von 500ºC gehalten.
Das Methan wird durch die Mikrowelle zu einem Plasma angeregt. Weiterhin wird ein Teil des Methans zu Kohlenstoffradikalen oder Kohlenstoffatomen angeregt. Die angeregten Kohlenstoffatome fallen auf das Werkstück und lagern eine Diamantschicht auf demselben ab. Die Diamantschicht (3) ist nicht dotiert. Die nicht-dotierte Diamantschicht (3) bedeckt also das Boron dotierte Diamantmuster (2), das durch die Prozesse 3 bis 6 erzeugt wurde, sowie die nicht-dotierte unter Diamantschicht (1), die im Prozess 2 hergestellt wurde. Die nicht-dotierte Diamantschicht (3) wird bis zu einer Höhe von 100 um von der Oberseite der Boron dotierten Schicht (2) gewachsen. Der dazwischenliegende Boron dotierte und leitende Diamant (2) ist zwischen dem unteren isolierenden Diamanten (1) mit einer Dicke von 100 um und dem oberen isolierenden Diamanten (3) mit einer Dicke von 100 um eingeschlossen. Fig. 9 zeigt das Werkstück am Ende des Prozesses 3.
[Prozess 9 (Fig. 10)] Das Siliziumsubstrat (6) wird durch Fluorsäure entfernt. Das Werkstück ist in Fig. 10 gezeigt. Das gesamte Werkstück ist ausschließlich aus Diamant gebildet. Das Werkstück umfasst mit Ausnahme des Elektrodenmaterials kein anderes Material als Diamant.
[Prozess 10 (Fig. 11)] Die Teile des Diamanten, welche die Elektroden (4) und (10) bedecken, werden durch Photolithographie und das in Prozess 5 und Prozess 6 genannte reaktive Ätzverfahren entfernt. Die Elektroden (4) werden freigelegt. Fig. 11 zeigt das Ergebnis.
Diese Prozesse erzeugen einen Diamantheizer gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Diamantheizer ist für die Verwendung bei niedrigen Temperaturen oder bei hohen Temperaturen in einer anaeroben Atmosphäre geeignet. Für der Verwendung bei einer hohen Temperatur in einer oxidierenden Atmosphäre sollte das Werkstück weiterhin wie folgt mit einem zusätzlichen Prozess zum Vermeiden der Oxidation behandelt werden.
[Prozess 12 (Fig. 12)] Titan (Ti) oder Silizium (Si) wird auf der gesamten Oberfläche des Werkstücks von Prozess 9 aufgedampft. Dann wird das Werkstück zum Glühen gebracht. Die Oberfläche des Werkstücks wird zu einem Titankarbid (TiC) (11) oder einen Siliziumkarbid (SiC) (11) gewandelt. Der Diamant ist vollständig mit dem Karbid (11) bedeckt, das eine ziemlich hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Oxidation oder Korrosion aufweist. Der Diamant ist vollständig mit dem Oberflächenkarbid (11) aus Sauerstoff oder anderen Kontaminanten bedeckt. Der Diamant wird auch bei einer hohen Temperatur in einer aeroben Atmosphäre nicht oxidiert.
Die zuvor beschriebene Ausführungsform ist ein planer, zweidimensionaler Heizer mit einer einzigen Boron dotierten Schicht. Die vorliegende Erfindung umfasst auch verschiedene Alternativen zu der beschriebenen Ausführungsform. Zum Beispiel kann ein mehrschichtiger Heizer hergestellt werden, der mehr als zwei Boron dotierte Diamantschichten umfasst. Wiederholungen der Prozesse 2, 3, 4, 5, 6, und 8 können mehrere plane Boron dotierte Schichten erzeugen, die jeweils zwischen zwei nicht-dotierten Diamantschichten eingeschlossen sind. Der mehrschichtige Heizer ist ein dreidimensionaler Heizer, in dem mehrere Heizerleitungen seriell oder parallel verbunden sind. Der dreidimensionale Heizer weist eine vorteilhaft hohe Dichte der Wärmestrahlung auf.
Eine andere Version ist ein Heizer mit einer Vielzahl von Boron dotierten Leitungsbahnen als parallelen Widerständen zwischen zwei Elektroden. Diese Version kann Wärme mit einer viel höheren Dichte erzeugen und kann ein Objekt auf eine höhere Temperatur erhitzen als die Ausführungsform mit nur einer Boron dotierten Leitung.
Eine weitere Version weist einen Satz von Leitungsbahnen als parallelen Widerständen zwischen zwei Elektroden auf. Diese Version weist den Vorteil auf, dass der effektive Widerstand des Leitungsbahnen reduziert wird. Das Dotieren von Fremdatomen in Diamant ist wie weiter oben genannt viel schwieriger als das Dotieren von Fremdatomen in Silizium. Auch Boron-Atome werden häufig daran gehindert, in den Diamantkristall einzudringen. Die Boron dotierten Leitungen weisen deshalb häufig einen schlechten Leitwert auf. In diesem Fall reduzieren die parallelen Leitungen den Widerstand effektiv.
Ein anderes Beispiel für einen Heizer weist drei oder mehr Elektroden sowie eine entsprechende Anzahl von Leitungsbahnen auf, welche die Elektroden verbinden.
Die Ausführungsform verwendet Silizium als Material für ein Substrat. Es kann auch ein anderes Material wie beispielsweise Molybdän (Mo) oder Nickel (Ni) für das Substrat verwendet werden. Nach dem Wachsen des Diamanten wird das Substrat beseitigt, indem es mit einem entsprechenden Ätzmittel geätzt oder mit einem Schleifstein geschliffen wird.

Claims

1. Diamantheizer mit einem oder mehreren isolierenden Teilen (1, 3) aus Diamant, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Leitungsbahnen (2) mit Enden (5), wobei das oder jedes Ende aus einem Boron dotierten Einkristall- oder Polykristalldiamant gebildet ist,

die isolierenden Teile (1, 3) die Leitungsbahn(en) (2) umschließen und aus einem nicht-dotierten Diamanteinkristall oder -polykristall gebildet sind, und

Ohmsche Elektroden (4) and den Enden der Leitungsbahn(en) ausgebildet sind,

die Anordnung derart beschaffen ist, dass wenn eine Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, ein Strom in der/den Leitungsbahn(en) (2) fließt.

2. Diamantheizer nach Anspruch 1, wobei die Ohmschen Elektroden (4) eine Ti-Schicht (8), die auf dem Boron dotierten Diamanten aufgetragen ist, und eine Au- oder Pt-Schicht (9), die auf der Ti-Schicht aufgetragen ist, umfassen.

3. Diamantheizer nach Anspruch 1, wobei die Boron-Konzentration in der/den Borondotierten Leitungsbahn(en) höher als 10¹&sup9; cm³ ist.

4. Diamantheizer nach Anspruch 1, wobei die Enden (5) der Boron dotierten Diamantleitungsbahn(en) (2) breiter sind als die anderen Teile der Leitungsbahn(en), um den Kontaktwiderstand zwischen den Elektroden (4) und dem Boron dotierten Diamanten zu reduzieren.

5. Diamantheizer nach Anspruch 1, wobei die Enden (5) der Boron dotierten Leitungsbahn(en) eine höhere Konzentration von Boron-Atomen aufweisen als die anderen Teile der Leitungsbahn(en) (2), um den Kontaktwiderstand zwischen den Elektroden und dem Borondotierten Diamanten zu reduzieren.

6. Diamantheizer nach Anspruch 1, wobei die Boron dotierte(n) Leitungsbahn(en) (2) kammartig mehrfach in einer planen Schicht mäandern.

7. Diamantheizer nach Anspruch 1, wobei die Boron dotierte(n) Leitungsbahn(en) (2) die Form einer Spirale mit einem inneren und einem äußeren Ende in einer planen Schicht aufweisen.

8. Diamantheizer nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Boron dotierten Leitungsbahnen (2) in mehreren verschiedenen Schichten ausgebildet sind, wobei alle Leitungsbahnen seriell miteinander verbunden sind.

9. Diamantheizer nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Boron dotierten Leitungsbahnen (2) in mehreren verschiedenen Schichten ausgebildet sind, wobei alle Leitungsbahnen parallel mit den Elektroden (4) verbunden sind.

10. Diamantheizer nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Karbidschicht (11), welche die nicht-dotierten isolierenden Teile aus Diamant umgibt.

11. Diamantheizer nach Anspruch 10, wobei das Karbid ein Siliziumkarbid (SiC) oder ein Titankarbid (TiC) ist.

12. Verfahren zum Herstellen eines Heizers nach Anspruch 1, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Wachsen einer nicht-dotierten Diamantschicht (1) auf einem Substrat (6),

Wachsen einer Boron dotierten Diamantschicht (1) auf der nicht-dotierten Diamantschicht (1),

selektives Ätzen von nicht erforderlichen Teilen der Boron dotierten Schicht (2) bis zu der unteren nicht-dotierten Diamantschicht mittels Photolithographie, um kontinuierliche Leitungen mit Enden aus dem Boron dotierten Diamanten zu bilden,

selektives Auftragen von Ti-Kontaktstellen (8) auf den Enden der Boron dotierten Leitungen (2),

selektives Auftragen von Au-Schichten oder Pt-Schichten (9) auf den Ti-Kontaktstellen (8),

Wachsen einer nicht-dotierten Diamantschicht (3) sowohl auf dem unteren nichtdotierten Diamanten (1) als auch auf den Boron-dotierten Leitungsbahnen (2),

Entfernen des Substrats (6) durch Ätzen oder Schleifen, und

Beseitigen von Teilen der nicht-dotierten Diamantschicht von den Au- oder Pt- Schichten (9), um die Au- oder Pt-Schichten (9) freizulegen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Boron dotierte Diamantschicht (2) mit Hilfe eines CVD-Verfahrens aus einem Materialgas mit Wasserstoffgas, Kohlenwasserstoffgas und einem Boron enthaltenden Gas gebildet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die nicht-dotierte Diamantschicht mit Hilfe eines CVD-Verfahrens aus einem Materialgas mit Wasserstoffgas und Kohlenwasserstoffgas gebildet wird.

15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 14, das weiterhin folgende Schritte umfasst:

Aufdampfen oder Aufsprühen eines Schutzmaterials, das Karbid erzeugt, indem es mit dem Diamanten auf allen Oberflächen der Diamantschichten reagiert, und

Glühen des gesamten Diamanten mit einer hohen Temperatur, um eine schützende Karbidschicht auf der gesamten Oberfläche des Diamanten zu bilden.

16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Substrat ein Siliziumeinkristall-Wafer ist.

17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Substrat eine Nickelplatte oder eine Molybdänplatte ist.

18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Schutzmaterial Silizium oder Titan ist.