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Metallschichten mit hohem elektrischem Widerstand Es ist bekannt,
für Schichten von hohem elektrischem Widerstand Kohle auf beliebige passende Unterlagen
aufzubringen. Die in der Regel durch Aufdampfen gewonnenen Kohleschichten haben
den Nachteil, daß sie einen unerwünschten Rauscheffekt zeigen, der dadurch hervorgerufen
wird, daß die einzelnen Kohlepartikelchen mehr oder weniger zusammenhängen und damit
sehr hohe übergangswiderstände haben. Außerdem lassen sich wegen der hohen Herstellungstemperatur
die Kohleschichten nur schwer auf temperaturempfindliche Unterlagen aufdampfen.
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Auf isolierende Unterlagen im Vakuum aufgedampfte Metallschichten
lassen sich demgegenüber vorteilhaft als elektrische Widerstände verwenden, da sie
auch in dünnster Schicht den Rauscheffekt nicht zeigen und auf wärmeempfindliche
Unterlagen aufgedampft werden können. Es ist jedoch nicht leicht, wegen der guten
Leitfähigkeit der Metalle passende sehr dünne Schichten zu erhalten, da diese nicht
sehr beständig sind und sich im Laufe der Zeit leicht verflüchtigen oder durch chemische
und mechanische Beanspruchung verletzt und unbrauchbar werden können.
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Gemäß der Erfindung lassen sich- Metallschichten zu elektrischen Widerständen
dadurch herstellen, daß die Me-tallschichten durch Kondensation des Metalls aus
der zGasphase auf einer Unterlage in einem Väkuumgefäß unter Verhältnissen erzeugt
werden, bei denen sich zwar noch Metall niederschlägt,
daß aberfürdie
Erzeugung von Schichten normaler Struktur günstigen Verhältnissen nur in einem solchen
Grade angewendet werden, daß sich eine Schicht mit von der normalen abweichenden
Struktur bildet, deren Ohnischer Flär-henwi#derstand mindestens doppelt so groß
ist wie derjenigeeiner mit gleicher Metallinenge aufgebrachten Schicht normaler
Metallstruktur.
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Damit die Met#allschichten einen hohen elektrischen Widerstand haben
und nicht die Nachteile sehr dünner Schichten, nämlich in kurzer Zeit durch chemische
oder physikalische Beanspruchung unbrauchbar zu werden, zeigen, müssen sie einen
gewissen lockeren porösen Aufbau haben, d.,h. sie müssen einegeringere Dichte als
normale Schichten haben. Unter Schichten mit normaler Metallstruktur sind hier solche
Schichten zu verstehen, deren innerer Zusammenhang gleich demjenigen eines kompakten
Metallkörpers des betreffenden Metalls ist, so -daß hierfür die normalen für dieses
Metall -bekannten spezifischen Größen, wie z. B. speziflisohes Gewicht und elektrischer
Widerstand, gültig sind.
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Bei -dem Verfahren kann der Schichtaufbau, beim Bedampfen bestimmt
werden durch das Vakuum selbst. Während zur Erzeugung von Schichten normaler Struktur
eine Verbesserung des Vakuums sich in günstigem Sinne auswirkt, können die Schichten,
wie sie gemäß der Erfindung eihalten werden sollen, mit einer Verschlechterung des
Vakuums erzeugt werden, da sich dann das Metall in Form einer' mehr lockeren porösen
Struktur niederschlägt. Es ist aber zu beachten, daß im verschlechterten Vakuum
keine Luft oder sonstwie ein sauerstoffhaltiges Gas vorhanden ist, welch-es den
Metallbelag oxydieren könnte. Man wird zweckmäßig ein indifferentes, Gas wählen
müssen-In der gleichen Richtung wirkt die Verringerung der Kondensationskeime auf
der Unterlage. Die Keimzahl bedeutet die Zahl der Kristallisationszentren auf der
Oberfläche der zu bedampfenden Unterlage. je größer diese Zahl, um so mehr Kristalle
können -bei ider Kondensation des Metalldampfes gebildet werden, ' und
» diese . Kristadle werden bei großer Keimzahl klein-er sein als bei
geringerer Keimzahl zu erwarten ist und sie -werden außerdem dichter aneinanderliegen,
also einen kompakteren Schichtaufbau ermöglichen. Geringe Keimzahl ergibt große
Kristalle, die sich unter Bildung von Hohlräumen locker aneinanderfügen, so daß
sich (die gemäß der Erfindung gewünscht-Schicht ergibt.
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Die Keimzahl kann z. B. durch Bedampfen der Unterlagen mit geeigneten
Stoffen geändert werden, bevor #die Metallschicht aufgebracht wird. Ein Vergrößeiln
der Keimzahl tritt z. B. ein, wenn eine Unterlage mit Silber bedampft wird. Eine
Verringerung ider Keimzahl erzielt man z. B. durch Bedampfung der Unterlagen mit
Öl oder Fett. Die Keimzähl läßt sich auch durch elektrische Effekte, z. B.
durch Glimmentladung, beeinflussen.
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Es hat sich gezeigt, daß #die Temperatur des Metalldampfes für die
Abscheidung normaler fest zusammenhängender Schichten nicht zu niedrig sein darf,
daß also der Metalldampf in vorwiegend atomarer Form auf die Oberfläche der Unterlage
auftreffen soll. Bei niederer Temperatur im Dampfstrom treffen Metallatome von geringerer
Energie zusammen und bilden Molekeln. Die normale Kristall-isation wird durch die
Abscheidung von Molekeln eher gestört als gefördert, und damit ist die Möglichkeit
zur Bildung von Hohlräum-en im Gefüge 4er kristallisierenden Metallschicht gegeben.
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Das Zusammentreffen der Metallatonie im Dampfstrom und die Bildung
von Molekeln wierden begünstigt durch große Dampf.dichte. Diese fördert also ebenfalls
die Abscheidung der Metalle in Form poröser lockerer Schichten.
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Wird (dagegen die Unterlage höher erhitzt, so verkürzt man die Verweilzeit
der abzuscheidenden Metalllatome (bzw. -moleküle und stört dadurch ebenfalls
den Kristallisationsvorgang, so daß auch hierdurch> die Möglichkeit zur Abscheidung
der gewünschten porösen lockeren Metallschichten g-egeben wird. -
So vermag
auch die Anwesienheit von Gasen während der Kondensation den Schichtaufbau während
des Bedampfens durch Energieentzug zu stör-en, wenn ihr Druck im evakuierten Raum
ein gewisses Maß erreicht. Das Gas kann aber auch zum Teil direkt in die abgeschiedene
Metallschicht eingelagert werden.
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Nach den beschriebenen Verfahren können z. B. Zinkschichten auf Papier
durch Bedampfen im Vakuum erhalten werden, welche bei gleichen aufgebrachten Metallmengen
Widerstandsunterschiede von I :3o aufweisen.
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, Zur Herstellung von elektrischen Wickelkondensatoren verwendet
man in -bekannter Weise metallisierte Dielektrikumsbänder, z. B. mit Zift#12belag
versehene Papiere. Um den Metallbelag zu, unterteilen oder vor jedem Teilmetallbelag
einen Vorwiderstand anzubringen, kann man nach den vorliegenden Verfahren die Papierunterlagee
mit Metallbelägen verschiedener Muster und verschiedenen elektrischen spezifischen
Widerstands durch Bedampfung im Vakuum versehen. Das Widerstandsprofil (Profil der
Kurve der Verteilung des spezifischen Flächenwiderstandes) wird damit geändert unter
Beibehaltung gleicher Metallmengen. Die Abscheidung einer Schicht mit einer Struktur
von höherem spezifischen Widerstand kann in der Weise erfolgen, daß,die Unteriage
an diesen Stellen einer solchen Vorbehandlung ausgesetzt wurde, daß die Keimzahl
für die nachfolgende Bedampfung vermindert wurde.
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Die Abb. i zeigt schematisch und in willkürlich übertriebenem Maßstab
ein Beispiel für die Ausführung eines Metallbelags für einen elektrischen Kondensator.
DieUnterlage für dieMetallschichten, hier Papierband i, trägt die Metallbeläge 2
und 4, die in normaler Struktur mit nÖrmalem spezifischem elektrischen Widerstand
abgeschieden wurden. Der 7- vischen diesen Metallbelägen 2 und 4 lieg-ende
schmale Streifen 3 is# hingegen eine Metallschicht, welche nach einem der
vorstehend beschriebenen
Verfahren erzeugt wurde und einen sehr
viel höheren spezifischen Widerstand hat als die normalen Metallbeläge 2 und 4 aufweisen.
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Die auf die einzelnen Stellen aufgebrachten Metallmengen sind in Abb.
2 dargestellt, die einen Oluerschnitt durch die metallis ierte Unterlage mit den
aufgebrachten Metallmengen in g --6/CM2 darstellt. Die auf eine Flächeneinheit
aufgebrachten Metallmengen sind bei, 2, 3 und 4 annähernd gleich. Der spezifische
elektrische Widerstand der Schicht 3 ist aber z. B. 5mal größer, so daß sich
ein Widerstandsprofil ergibt, wie es in Abb. 3 dargestellt ist. Der Maßstab
ist willkürlich, die auf die Ordin-ate aufgetragenen Einheiten haben die Dimension
Erreicht wird die Metallisierung z. B. in folgender Weise: Das Papierband wird mit
Silberdampf vorbekeimt, jedoch auf dem Streifen, 4er später auf der Fläche
3 eine Metallschicht gemäß der Erfindung tragen soll, mit weniger Silberkeimen
als auf den Flächen 2 und 4, die später normale Metallschichten tragen sollen. Dies
läßt sich durch teil-,veises Abdecken (mit Blenden) der Fläche 3 bei der
Vorbekeimun-g erreichen. Danach wird das so vorbehandelte Papierband gleichmäßig
mit Zink bedampft, wobei sich dann auf den Flächen 3 eine Zinkstruktur ergibt,
die einen höheren Widerstand hat als die normalen auf den Flächen 2 und 4 niedergeschlagenen
Zinkschichten normaler Struktur.
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Die Anordnung des Metallbelags 3 mit höherem spezifischem Widerstand
auf metallisierten Dielektrikumsbändern hat für (den daraus gefertigten Kondensator
den Vorteil, daß dieser Metallbelag als Vorwiderstand für die eigentliche elektrisch
beanspruchte Kondeüsatorbelegung 2 wirkt.
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Für die Herstellung der metallisierten händer ist es -#orteilhaf t"dies,e
drei Schichten in einem einzigen Arbeitsgang aufbringen zu können.