DE695172C - Verfahren zum Aufbau eines aus Schichten gebildeten Elektrodensystems - Google Patents

Verfahren zum Aufbau eines aus Schichten gebildeten Elektrodensystems

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DE695172C
DE695172C DE1938N0041635 DEN0041635D DE695172C DE 695172 C DE695172 C DE 695172C DE 1938N0041635 DE1938N0041635 DE 1938N0041635 DE N0041635 D DEN0041635 D DE N0041635D DE 695172 C DE695172 C DE 695172C
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Description

  • Verfahren zum Aufbau eines aus Schichten gebildeten Elektrodensystems Im allgemeinen gilt bei der Herstellung eines aus Schichten bestehenden Elektrodensy stems, wie Photozellen und Sperrschichtgleichrichtern, dieForderung, daß die Schichten besonders dicht und zusammenhängend sein und gut an der Unterlage haften sollen. Es ist daher schon vorgeschlagen worden, den Werkstoff dieser Schichten nicht zuvor in Plattenform zu bringen, sondern diese Schichten in flüssigem Zustand aufzubringen oder aus einer Suspension niederzuschlagen. Ein bekanntes Verfahren ist auch, die Schichten durch Ausübung eines Spritzverfahrens aufzubringen.
  • In Abhängigkeit besonders von. der Natur des aufzubringenden Baustoffs werden die Verfahren mit mehr oder weniger Erfolg ausgeiibt. Es hat sich aber als sehr schwierig erwiesen, in Massenherstellung gleichmäßige, zusammenhängende und gut haftende Schichten mit geringem Kostenaufwand und ohne großen Materialverlust zu erhalten. Bei dem Spritzverfahren z. B., bei dem der zu verwendende Träger und die Mündung des Spritzgeräts, aus welcher der Werkstoff in feinverteiltem Zustande gespritzt wird, derart gegeneinander bewegt werden, daß die ganze zu überziehende Oberfläche mit einem Überzug versehen wird, tritt der Nachteil auf, daß es auch indolge der ungleichmäßigen Verteilung der aufzutragenden Substanz in den auf den Träger .gerichteten Strahlen sehr schwer ist, eine gleichmäßige Stärke der Schicht zu bekommen. Ferner tritt, besonders beim >;Überziehen der Ränder, ein großer Materialverlust auf. Auch besteht die Gefahr, daß die aufzubringenden Stoffe infolge des feinzerteilten Zustandes, in dem sie sich durch die Luft nach dem zu überziehenden Gegenstand bewegen, in der Luft eine Umwandlung erfahren. Schließlich ist auch die Gefahr eines Einschließens von Gasen vorhanden. _ Besondere Schwierigkeiten macht in der Praxis das Aufbringen von dünnen Selenschichten.
  • Um die geschilderten Mängel zu beseitigen, wird gemäß der Erfindung eine dem Volumen der anzubringenden Schicht entsprechende Menge des Schichtmaterials zunächst auf eine Stelle des Trägers in einer Form aufgebracht, in der es sich leicht über die Oberfläche des Trägers verteilen läBt, und die aufgebrachte Menge darauf durch schnelle Drehbewegungen des Trägers über dessen Oberfläche verteilt, wonach diese Menge sich verfestigt.
  • Es ist an sich bekannt, eine Menge eines Materials, wie Selen, in flüssigem Zustande auf einen Träger aufzubringen, wobei dieses Material durch ein Streichinstrument auf der Oberfläche verstrichen wird. Die damit verbundenen Nachteile waren, daß das Material nicht besonders dünnflüssig sein durfte, um ein gutes Verstreichen zu ermöglichen, und stets ein Materialüberschuß vorhanden sein mußte. Außerdem war das- Verfahren umständlich, zumal da das zum Verstreichen benutzte Gerät immer wieder gereinigt werden mußte. -Das gekennzeichnete Verfahren gibt nun die Möglichkeit, eine abgep.aßte Menge mit solcher Dünnflüssigkeit aufzubringen, daß die Erzielung einer besonders zusammenhängenden und gut an der Unterlage haftenden Schicht gesichert ist. Außerdem ist die Möglichkeit gegeben, die Verteilung über die Oberfläche durch schnelle Bewegungen des Trägers derart durchzuführen, daß praktisch kein Material verlorengeht. Man kann auf diese Weise, im Gegensatz zu den bekannten V erfahren, eine solche vorherbestimmte Menge aufbringen, daß genau die erforderliche Schichtstärke erzielt wird. Außerdem ist gefunden worden, d.aß sich durch dieses' Verfahren eine große Produktion mit gleichmäßigen Ergebnissen erzielen läßt, wie sich nachstehend noch ergeben wird. Das Verfahren hat sich ferner als besonders vorteilhaft zum Anbringen besonders dünner Schichten erwiesen, die mittels der bekannten Verfahren in Massenherstellung schwer erzielbar waren.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf den Träger nur ein Teil der Gesamtmenge des aufzubringenden Materials in flüssiger Form aufgebracht und durch schnelle Bewegungen über seine Oberfläche verteilt wird, wobei die Dünnflüssigkeit derart gewählt ist, daP eine zusammenhängende und gut haftende Schicht erhalten wird, und darauf der übrige Teil der aufzubringenden Materialmenge in .einem Zustande geringerer Dünnflüssigkeit die erstgenannte Menge aufgebracht und 'tzrch schnelle Bewegungen über die Oberfläche verteilt wird.
  • Wenn .man nämlich bei dickeren Schichten auf einmal die ganze aufzubringende -Menge auf dem Träger anbringen und z. B. durch Drehung desselben verteilen würde, entsteht die Gefahr, daß entweder, bei großer Dünnflüssigkeit Material von der Oberfläche abgeschleudert wird oder bei geringerer Dünnflüssigkeit die gute Haftung des aufzubringenden Materials nicht genügend erreicht wird. Bei der zuletzt beschriebenen Verfahrensweise wird es nun möglich, zunächst eine dünne Haut aufzubringen, die besonders dünnflüssig. ist und daher in alleUnebenheiten des Trägers dringen kann und dort ohne Gefahr von Gaseinschlüssen besonders gut haftet; darauf wirrt der übrige Teil in solcher Konsistenz aufgebracht, daß eine gute Ausbreitung und folglich eine gleichmäßige Schicht erhalten wird. Das Haften ergibt für diese zweite Menge keineSchwieri.gkeiten, weil die Unterlage nun aus dem gleichen Material besteht, das außerdem in den meisten Fällen noch nicht ganz fest geworden sein wird. Es ist ersichtlich, daß die nacheinander aufgebrachten Mengen vorher wieder genau bestimmt werden können.
  • Es ist dabei zunächst gleichgültig, ob die zuerst aufgebrachte Menge ' größer als die später aufgebrachte Menge ist. In den meisten Fällen wird das Umgekehrte zweckmäßig sein.
  • Viele Werkstoffe und auch besonders das hier ins Auge gefaßte Selen können durch Schmelzen in den gewünschten flüssigen Zustand gebracht werden. In diesem Teil kann man beim aufeinanderfolgenden Aufbringen verschiedener Mengen im vorher angegebenen Sinne diese Flüssigkeit also durch die Temperatur des geschmolzenen Materials leicht einstellen. Diese Temperatur wird ihrerseits zweckmäßig in der Weise auf dem richtigen Wert gehalten, daß auch dem Träger die gewünschte Temperatur gegeben wird.
  • Bei der Anwendung des Verfahrens auf Selen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zum Aufbringen der ersten Menge eine Temperatur von mindestens etwa 300 ° und zum Aufbringen der danach angebrachten Menge eine Temperatur von etwa 15, ° anzuwenden.
  • Bei Werkstoffen, bei denen das Schmelzen Schwierigkeiten bereiten würde, kann man die Flüssigkeit auch vorteilhaft dadurch erreichen, daß der Stoff in Lösung oder in Suspension gebracht wird. Eine Suspension kann man z. B. beim Aufbringen einer Kohleschicht vorteilhaft anwenden.
  • Ein Beispiel eines in Lösung gebrachten Materials ist in Benzol gelöstes Polystyrol. Aus obigem ist ersichtlich, daß die Anwendung einer erhöhten Temperatur für den Träger nicht nur beim Aufbringen geschmolzener Stoffe von Bedeutung sein kann, sondern daß diese erhöhte Temperatur gleichzeitig eine Rolle für das Verdampfen des Lösungsmittels oder des Suspensionsmediums spielt.
  • Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel für dieAusübung des Verfahrens zwecks Herstellung eines Sperrschichtgleichrichters, also eines Elektrodensystems reit unsymmetrischer Leitfähigkeit, beschrieben, bei dem die Elektrode mit der geringeren Emission (Halbleiter) aus Selen besteht. Verschiedene der dabei erwähnten Ausführungsmöglichkeiten können auch für die Herstellung anderer Elektrodensysteme Anwendung finden.
  • Als. erster Träger wird eine kleine runde Aluminiumscheibe gewählt, die auf eine waagerecht angeordnete Scheibe gelegt wird. Zur Festlegung der Scheibe ist eine mittlere Öffnung vorgesehen, die über einen Stift in die Scheibe paßt, die mit Antriebsmitteln versehen ist, durch die sie in schnelle Drehung versetzt werden kann.
  • Auf die Aluminiumscheibe wird nun eine Menge einer Kohlesuspension in Wasser aufgebracht. Die umlaufende Scheibe hat eine Temperatur von annähernd 15 bis 2o ° C. Infolge der umlaufenden Bewegung wird die Suspension in gleichmäßiger Lage über die Oberfläche verteilt. Gewünschtenfalls kann nach dem Aufbringen einer ersten dünnen Kohleschicht und, nachdem das Suspensionsmittel größtenteils verdampft ist, eine zweite dünne Kohleschicht in der angegebenenWelse aufgebracht werden. Nach Trocknen des ganzen Körpers, was vorzugsweise einfach durch Fortsetzen der Drehbewegung während weiteren Zeitspannen bewirkt werden kann, gegebenenfalls unter Anwendung sonstiger Trocknungsmittel, wie eines- Luftstromes oder einer Nachtrocknung (z. B. in einem Ofen auf annähernd 500 ° C), wird die mit der Koh.leschicht versehene Scheibe auf eine gleichfalls in Umdrehung zu versetzende Scheibe aufgebracht, die mit solchen Heizmitteln versehen ist, daß die Temperatur der zu überziehenden Oberfläche annähernd 3oo ° C ist. Bei einer Oberfläche @ der Aluminiumscheibe auf einer Seite von 16em' wird nun eine- Menge von o,i bis o,2 g geschmolzenen Selens aufgebracht. Infolge der Drehbewegung der Scheibe verteilt sich das Selen besonders gleichmäßig und guthaftend über die Kohleoberfläche. Darauf wird die Scheibe bis auf i 5o ° C gekühlt. was vorteilhaft durch Anbringen auf einer folgenden Scheibe vorgenommen werden kann, die diese Temperatur hat. Es wird nun noch annähernd o,6 g Selen aufgebracht und in gleicher Weise über die Oberfläche verteilt.
  • Die beiden erwähnten Behandlungen bei 300 und i.5o° C können jedoch auch kombiniert werden, und zwar in der Weise, daß die Scheibe zunächst bis annähernd 450 ° C erhitzt und darauf auf die Zentrifugalscheibe aufgebracht wird, die selbst eine Temperatur von i 50 ° C hat. Es kann in. diesem Fall sogar die benötigte Selenmenge auf einmal aufgebracht werden, weil dieses Selen sich beim Zentrifugieren über die Oberfläche verbreiten wird, wobei die Temperatur der Scheibe von 450' auf 1500 fällt.
  • Die auf diese Weise mit einer Selenschicht versehene Scheibe wird dann weiter in den Herstellungsgang übernommen, wobei eine Sperrschicht und eine zweite aus gut leitendem Material bestehende Elektrode aufgebracht werden. Auch hierbei kann gegebenenfalls das Verfahren nach der Erfindung noch Anwendung finden.
  • Obgleich im vorhererwähntenAu.sführungsbeispiel eine Haut mit einer Stärke von annähernd ioo Mikron beschrieben. ist, zu welchem Zweck eine Selenmenge von annähernd o,8 g insgesamt aufgebracht wurde, können mit dem beschriebenen Verfahren auch weit dünnere Schichten aufgebracht werden.
  • Während man. bei einer Scheibe. von der angegebenen Oberfläche mit derri in der Einleitung beschriebenen Verstreichungsverfahren im allgemeinen eine Selenmenge von 4 g benötigt, erweist sich,beim vorstehenden Ausführungsbeispiel eine Gewichtsmenge von nur o,8 g als genügend, und man kann, diese Menge sogar noch in Abhängigkeit von der Anwendung, für die -das Elektrodensystem bestimmt ist, unterschreiten. Dies ist auf die vorzügliche Qualität der durch das neue Verfahren -erzielten Selenschicht zurückzuführen.
  • Wünscht man, daß während des Aufbringens des Selens durch das beschriebene Verfahren auch noch die Kristallisierung -des Selens in. der leitenden Form stattfindet, so ist auf die Kristallisierungsgeschwindigkeit des Selens Rücksicht zu nehmen. Dieses Kristallisieren kann z. B. während der Behandlung auf der umlaufenden Scheibe bei i5o° vor sich gehen. Da bei dieser Temperatur die Kristallisierung verhältnismäßig langsam vor sich ,geht, ist es in diesem Falle angebracht, die Temperatur dieser Scheibe um 15 bis 25' höher zu wählen, so daß der Kristallisierungsvorgang in einigen Minute ablaufen kann. Es ist dabei nicht erforderlich, die Drehbewegung während dieses Vorganges aufrechtzuerhalten, da für diesen Kristallisierungsvorgang nur die Temperatur der Scheibe maßgebend ist. Bei den bisher bekannten Verfahren erfolgte dieser Vorgang unter Anwendung eines Preßdruckes. Beim Anbringen des Selens durch das vorliegende Verfahren ist dank der Fliehkräfte schon eine hohe Dichtigkeit der Schicht erreicht.
  • Wünscht man jedoch, daß während des Aufbrin.gens des Selens keine oder nahezu keine Kristallisierung auftritt, so bietet das vorliegende Verfahren die Möglichkeit dazu, da bei geeigneter Umlaufgeschwindigkeit und richtiger Wahl der Temperatur das Aufbringen besonders schnell vor sich gehen kann.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Aufbau eines aus Schichten gebildeten Elektrodensystems, insbesondere zum Aufbringen einer dünnen Selenschicht bei einem solchen Elektrodensystem auf eine Unterlage (einen Träger), dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Volumen der anzubringenden Schicht entsprechende Menge des Schichtmaterials zunächst auf eine Stelle des Trägers in einer Form aufgebracht wird, in der es sich leicht über die Oberfläche des Trägers verteilen läßt, und die aufgebrachte Menge danach durch schnelle Drehbewegungen des Trägers über dessen Oberfläche verteilt wird, wonach diese Menge sich verfestigt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtmaterial in; zwei verschiedenen Teilen nacheinander in flüssiger Form auf den Träger aufgebracht und durch schnelle Drehbewegungen über seine Oberfläche verteilt wird, wobei die Dünnflüssigkeit derart gewählt ist, daß bereits durch den zuerst aufgebrachten Teil eine zusammenhängende und guthaftende Schicht erhalten wird, und darauf der zweite Teil der aufzubringenden Materialmenge in einem Zustande geringerer Dünnflüssigkeit als die erstgenannte Menge aufgebracht und durch schnelle Bewegungen über die Oberfläche verteilt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der aufzubringenden Schicht in geschmolzenem Zustande über den Träger verteilt wird. q..
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Menge des aufzubringenden Schichtmaterials bei höherer Temperatur über die Oberfläche verteilt wird als der übrige, danach aufgebrachte Teil des aufzubringenden Materials.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger während der Verteilung des aufzubringenden Materials auf erhöhter Temperatur gehalten wird.
  6. 6. Verfahren nachAnspruch 5 zum Aufbringen einer Selenelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Träger eine genau bemessene Selenmenge aufgebracht wird, die gerade dazu genügt, eine zusammenhängende anhaftende Schicht über die ganze Oberfläche zu bilden, und der Träger während der Ausbreitung dieser Menge auf einer Temperatur von mindestens annähernd 300' gehalten wird und darauf eine Selenmenge aufgebracht wird, die der zu erzielenden Stärke der Selenschicht entspricht, und daß die Temperatur während der Verteilung dieser folgenden Selenmenge auf annähernd i So ° C gehalten wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der aufzubringenden Schicht in Lösung oder Suspension auf den Träger aufgebracht wird. B. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger waagerecht angeordnet wird und eine Drehbewegung um eine senkrechte Achse stattfindet. g. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Aufbau eines Sperrschichtgleichrichters mit einer halbleitenden Elektrode aus Selen, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen metallenen Träger Kohle in suspendiertem Zustande aufgebracht und durch schnelle Bewegung des Trägers über die Oberfläche verteilt wird, worauf das Suspensionsmittel durch Verdampfung beseitigt wird, und auf die Kohleschicht dann das Selen in geschmolzenem Zustande aufgebracht wird, das ebenso durch schnelle Bewegung des Trägers über die Oberfläche verteilt wird.
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