DE8811221U1 - Conductive electrode surface layer - Google Patents

Conductive electrode surface layer

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NIEDMERS äSCHÖNING "
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NIEDMERS SCHÖNING "
4

IESSENSTRASSE 4 ■ D-2000 HAMBURG 50 · TEL. (040) 3893501 · TELEX 2166426 pahn d · FAX 3893502IESSENSTRASSE 4 ■ D-2000 HAMBURG 50 · TEL. (040) 3893501 · TELEX 2166426 pahn d · FAX 3893502

DIPL-PHYS. OLE NIEDMERS
DIPL-ING. HANS W. SCHÖNING EUROPEAN PATENT ATTORNEY
DIPL-PHYS. OLE NIEDMERS
DIPL-ING. HANS W. SCHÖNING EUROPEAN PATENT ATTORNEY

GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Max-Planck-Str., 2054 GeesthachtGKSS Research Center Geesthacht GmbH, Max-Planck-Str., 2054 Geesthacht

Leitfähige ElektrodenoberflächenschichtConductive electrode surface layer BeschreibungDescription

Die Neuerung betrifft eine leitfähige Elektrodenoberflächenschicht. The innovation concerns a conductive electrode surface layer.

Piezoelektrische Elemente, beispielsweise Schwingquarze, weisen in der Regel zwei schichtartige flächige und im wesentlichen parallel gegenüberliegende Elektroden auf, die bisher beispielsweise aus Edelmetallen wie Gold, Chrom, Silber oder auch aus Wolfram oder der Kombination verschiedener anderer Metalle bestehen. Darüber hinaus können die Elektroden in sich auch aus den vorgenannten metallischen Werkstoffen in Form einzelner übereinanderliegenden Schichten ausgebildet sein. Im Zuge der Ausbildung der schichtartigen flächigen Elektroden, das heißt während der Herstellung, z. B, durch Bedampfen, kann es passieren, daß die dabei auftretende thermische Belastung so groß ist, daß die jeweilige Curietemperatur des piezoelektrischen Elements teilweise erreicht oder überschritten wird, wodurch eine Depolarisation des piezoelektrischen Bauelements auftreten kann. Beim Erreichen undPiezoelectric elements, such as quartz oscillators, generally have two layered, flat electrodes that are essentially parallel to one another, which have previously been made of precious metals such as gold, chrome, silver or tungsten or a combination of various other metals. In addition, the electrodes themselves can also be made of the aforementioned metallic materials in the form of individual layers lying one above the other. During the formation of the layered, flat electrodes, i.e. during production, e.g. by vapor deposition, it can happen that the thermal load that occurs is so great that the respective Curie temperature of the piezoelectric element is partially reached or exceeded, which can lead to depolarization of the piezoelectric component. When this temperature is reached and

COMMERZBANK AG, BLZ 20040000*, \ifC 26>'16Qpi'- d'eUTSCHE BANK AG, BLZ 20070000, NR. 6565675 POSTGIRQ'HAMBIJRG,fcL220ei302d,'NR. 13048-205COMMERZBANK AG, BLZ 20040000*, \ifC 26>'16Qpi'- d'eUTSCHE BANK AG, BLZ 20070000, NO. 6565675 POSTGIRQ'HAMB I JRG,fcL220ei302d,'NO. 13048-205

* · te t* * e* · te t* * e

Oberschreiten der Curietemperatur verliert jedoch das piezoelektrische Bauelement seine spezifischen Piezoelektrischen Eigenschaften wenigstens teilweise. Allgemein gilt, daß die halbe Curietentperatur nicht Überschritten •»erden soll. Ein weiteres nachteiliges Problem der Herttellung piezoelektrischer Bauelemente war bisher, daß Hie 1 &eegr; der Regel metallisch ausgebildeten Elektroden Vielfach eine ganzflächig oder 1n Teilbereichen mangelnde Haft- und Verschleißfestigkeit zeigten und ebenfalls eine Hch 1m Laufe der Zelt verändernde elektrische Leitfähigkeit der Elektrodenflächen, die sich bisweilen auch ganzflächig oder 1n Teilbereichen der Elektrodenflächen und Hit der Zeit änderte. Ein weiterer Nachteil der bisherigen Ausbildung der Elektroden auf piezoelektrischen Bauelementen bestand in der verhältnismäßig großen mechanischen Dämpfung der Schwingeigenschaften der Bauelemente durch die dicke Metallisierung (bis 2 &khgr; 10"2mm bei Silber) und der damit verbundenen Massenträgheit der metallischen Elektroden.If the Curie temperature is exceeded, however, the piezoelectric component loses at least some of its specific piezoelectric properties. In general, half the Curie temperature should not be exceeded. Another disadvantageous problem with the manufacture of piezoelectric components has been that the electrodes, which are usually made of metal, often show a lack of adhesion and wear resistance over the entire surface or in some areas, and also an electrical conductivity of the electrode surfaces that changes over time, which sometimes also changes over the entire surface or in some areas of the electrode surfaces and over time. Another disadvantage of the previous design of the electrodes on piezoelectric components was the relatively high mechanical damping of the vibration properties of the components due to the thick metallization (up to 2 x 10" 2 mm for silver) and the associated inertia of the metallic electrodes.

tin weiterer Nachteil bei der Stapelung mehrerer piezoelektrischer Bauelemente ist die bei dicken metallischen Elektroden auftretende Spaltfederung.A further disadvantage of stacking several piezoelectric components is the gap springing that occurs with thick metallic electrodes.

ts ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine leitfähige Oberflächenschicht zu schaffen, die die vorangehend beschriebenen Nachteile nicht aufweist, die gegenüber der bekannten Art der Herstellung kostengünstiger herstellbar 1st» so daß beispielsweise eine Verbesserung der Schwingeigenschaften eines Schwingquarzes erreicht wird und bessere SchwingkreisgUten erreichbar sind, und mit dem gegenüber bisherigen Bauelementen die Alterungsrate verringert werden kann.The object of the present invention is to create a conductive surface layer which does not have the disadvantages described above, which can be produced more cost-effectively than the known method of production, so that, for example, an improvement in the oscillation properties of an oscillating quartz is achieved and better oscillating circuit qualities can be achieved, and with which the aging rate can be reduced compared to previous components.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß bei piezo-, pyro- und ferroeiektrischen sowie piezokeramischen Bauelementen die Schichten aus elektrisch leit-The object is achieved according to the invention in that in piezoelectric, pyroelectric and ferroelectric as well as piezoceramic components the layers are made of electrically conductive

14 1 «·«« «III14 1 «·«« «III

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fähigen Hart.stoffen der Metalle wenigstens der IH. bis VIII. Gruppe des Periodensystems der Elemente gebildet werden.capable hard metals of at least groups IH to VIII of the Periodic Table of the Elements.

Der Vorteil des erfindungsgemäß ausgebildeten piezoelektrischen Bauelements besteht 1m wesentlichen darin, daß tatsächlich die theoretisch möglichen Eigenschaften des piezoelektrischen Bauelements annähernd erreicht wurden, und zwar in bezug auf eine Verhinderung der Depolarisation des Bauelementes als solchem sowie dem weltgehenden Ausschluß der mechanischen Dämpfung des Bauelementes durch die Massenträgheit der bisher bekannten metallischen Elektroden. Darüber hinaus 1st auch die Herstellung der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Bauelemente gemäß der Erfindung wesentlich kostengünstiger durchzuführen &bull;1s die Ausbildung der schichtartigen Elektrode bei bekannten Bauelementen dieser Art.The advantage of the piezoelectric component designed according to the invention is essentially that the theoretically possible properties of the piezoelectric component have actually been approximately achieved, in relation to preventing the depolarization of the component as such and the complete exclusion of mechanical damping of the component through the inertia of the previously known metallic electrodes. In addition, the manufacture of the piezoelectric components according to the invention can be carried out much more cost-effectively than the formation of the layered electrode in known components of this type.

Hit der Erfindung wird der Aufbau leitfähiger Oberflä-Chenschichten als Elektroden oder Elektrodenschichten mit einer innigen homogenen Bedeckung der Bastei!oberflächen V)OgI Ich, so daß eine vollkommene ganzflächige und ungestörte Ableitung bzw. Zuführung von Ladungen möglich ist. Erfindungsgemäß bleibt die innige homogene Bedeckung trotz ausgeführter hochfrequenter mechanischer Bewegungen (Schwingungen) des Bauteils an der Phasengrenze zwischen lern Bauelemei"* und der Oberflächenschicht (Elektrode) bzw. den Oberflächenschichten (Elektrodenschichten) auch nach längerer Betriebszeit erhalten. Dadurch wird auch vermieden« daß örtliche hohe Ladungen beispielsweise einen Schwingquarz beschädigen oder auch die Oberflächenschichten (Elektrodenschichten) schädigen, beispielsweise durch Oxydation. Nur wenn die Oberflächenschicht.= ' ektroden) auch im Mikrobereich allflächig mitschwingen und die Haftung dort nicht unterbrochen ist, wird vermieden, daß örtliche große Ladungen den Quarz beschädigen oder die metallischen Elektroden während des örtlichen Entla-The invention involves the construction of conductive surface layers as electrodes or electrode layers with an intimate, homogeneous covering of the surface of the substrate, so that a complete, full-surface and undisturbed discharge or supply of charges is possible. According to the invention, the intimate, homogeneous covering is maintained at the phase boundary between the component and the surface layer (electrode) or the surface layers (electrode layers) even after a long period of operation, despite high-frequency mechanical movements (oscillations) of the component. This also prevents local high charges from damaging a quartz oscillator or the surface layers (electrode layers), for example through oxidation. Only if the surface layer (electrode) also resonates over the entire surface in the micro range and the adhesion there is not interrupted can it be avoided that local large charges damage the quartz or the metallic electrodes during the local discharge.

dungsvorgangs, beispielsweise durch Oxydation, schädigend verändern.ation process, for example through oxidation.

Örtliche Entladungen dieser Art rufen im Mikrobereich nicht nur dem Fritten vergleichbare Erscheinungen hervor, vielmehr sind auch bei den damit verbundenen örtlichen starken Temperaturgradienten auch die Thermospannungen zwischen den Metallschichten, z. B. bei der Kombination Quarz - Chrom (als Haftvermittler) - Gold, nicht zu vernachlässigen (vergrößertes Rauschsignal).Local discharges of this type not only cause phenomena comparable to frit formation in the micro range, but also the associated strong local temperature gradients mean that the thermal voltages between the metal layers, e.g. in the combination of quartz - chromium (as an adhesion promoter) - gold, cannot be neglected (increased noise signal).

Vorteilhafterweise werden die Hartstoffe gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung durch die Nitride, Carbide, Suizide oder Boride gebildet. Grundsätzlich sind aber auch beliebige andere geeignete Hartstoffe oder Hartstoffmischungen möglich. Auch 1st es möglich, die Elektroden gemäß der Erfindung ebenfalls aus einzelnen Schichten auszubilden, die unterschiedliche Hartstoffe der vorangehend beschriebenen Metalle der III. bis VIII. Gruppe des Perlodensystems der Elemente aufweisen, wobei die einzelnen Schichten dabei auch aus unterschiedlichen Metallbasen der Hartstoffe bestehen können. Die den Hartstoffen zugrundeliegenden Metalle können vorzugsweise wenigstens Titan, Zirkonium, Chrom, Tantal, Molybdän, Vanadium, Hafnium, Niob, Wolfram, Nickel oder Elsen sein.According to an advantageous embodiment of the invention, the hard materials are advantageously formed by nitrides, carbides, sucides or borides. In principle, however, any other suitable hard materials or hard material mixtures are also possible. It is also possible to form the electrodes according to the invention from individual layers that contain different hard materials of the previously described metals from groups III to VIII of the pearl system of elements, whereby the individual layers can also consist of different metal bases of the hard materials. The metals underlying the hard materials can preferably be at least titanium, zirconium, chromium, tantalum, molybdenum, vanadium, hafnium, niobium, tungsten, nickel or eletron.

Grundsätzlich 1st es auch vorteilhafterweise möglich, als Hartstoffe Hartstoffgemische zu verwenden, wobei die Hartstoffgemische vorzugsweise wenigstens T1tancarbon1-tr1d, Z1rkoncarbon1tr1d, T1tanborn1tr1d, T1tanz1rkonn1-tr1d und TUanzirkoncarbonitrid sind.In principle, it is also advantageously possible to use hard material mixtures as hard materials, wherein the hard material mixtures are preferably at least titanium carbon nitride, zirconium carbon nitride, titanium boron nitride, titanium connide nitride and titanium zirconium carbonitride.

Vorteilhaft 1st es auch, daß die Metalle Metallgemische der Metalle wenigstens der 111. b1f VIII. Gruppe des Periodensystems der Elemente sind. Auch hler gilt, daß wiederum wieder schichtartig ausgebildete Elektroden gebildet werden können, wobei einerseits unterschiedlicheIt is also advantageous that the metals are metal mixtures of the metals of at least group 111 to 15 VIII of the Periodic Table of the Elements. It is also true that layered electrodes can be formed again, whereby on the one hand different

'. ti i'. ti i

Hartstoffe der Metalle die einzelnen Schichten bilden können oder aber auch unterschiedliche Metallegierungen als Metallbasen benutzt werden können. Die Metalle sind wenigstens Titan, Zirkonium, Vanadium, Tantal, Hafnium, Niob, Wolfram, Chrom, Molybdän, Nickel oder Elsen.Hard metals can form individual layers or different metal alloys can be used as metal bases. The metals are at least titanium, zirconium, vanadium, tantalum, hafnium, niobium, tungsten, chromium, molybdenum, nickel or eletron.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Hartstoffe und/oder Hartstoffgemische auch eine rnchtstöchiometrische atomare und/oder molekulare Struktur aufweisen (sogenannte Einiagerungsverbindungen).According to an advantageous embodiment of the invention, the hard materials and/or hard material mixtures can also have a non-stoichiometric atomic and/or molecular structure (so-called intercalation compounds).

Denkbar sind beliebige geeignete Kombinationen von einzelnen Schichten, die Insgesamt jeweils eine schichtartige flächige Elektrode auf dem Bauelementkörper bilden, yenn ein schichtartiger Aufbau gewählt wird.Any suitable combination of individual layers is conceivable, each of which together forms a layered flat electrode on the component body if a layered structure is selected.

Auf der Hartstoffschicht kann wenigstens teilweise eine Schicht eines Metalls wenigstens der I. bis VIII. Gruppe des Perlodensystems der Elemente aufgebracht werden, wobei die Metallschicht vorzugsweise so ausgebildet 1st, daß sie wenigstens teilweise lötfähige Eigenschaften zum Anbringen von Zuleitungen aufweist.A layer of a metal from at least Groups I to VIII of the Pearl system of elements can be applied at least partially to the hard material layer, whereby the metal layer is preferably designed in such a way that it has at least partially solderable properties for attaching leads.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen 1m einzelnen anhand eines Ausführungsbe1sp1e1s beschrieben. Darin zeigen:The invention will now be described in detail with reference to the schematic drawings using an example of embodiment.

Flg. 1 1n der Seltenansicht ein 1n Form eines Schwingquarzes ausgebildetes piezoelektrisches Element mit zwei 1m wesentlichen flächig gegenüberliegenden Elektroden,Fig. 1 1n the rare view a 1n form of a quartz crystal piezoelectric element with two 1m essentially flat opposite electrodes,

F1g. 2 ein Element, wie 1n Fig. 1 dargestellt, jedoch mit einer zusätzlichen metallischen Zwischenschicht undFig. 2 an element as shown in Fig. 1, but with an additional metallic intermediate layer and

Fig. 3 ein Element, wie in Fig. X dargestellt, jedoch mit einer zusätzlichen metallischen Deckschicht auf der Hartstoffschicht.Fig. 3 an element as shown in Fig. X, but with an additional metallic covering layer on the hard material layer.

Das in der Figur 1 dargestellte piezoelektrische Bauelement 10, das im vorliegenden Fall einen Schwingquarz bildet, besteht aus einer Quarzscheibe 11 mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt. An zwei im wesentlichen parallel gegenüberliegenden Seiten 110, 111 des Quarzkörpers 11 sind jeweils Elektroden 12, 13 angeordnet, die aus Hartstoffen der Metalle wenigstens der III. bis VIII. Gruppe des Periodensystems der Elemente gebildet werden. Die Hartstoffe können dabei vorteilhafterweise Nitride, Carbide, Suizide oder Boride sein.The piezoelectric component 10 shown in Figure 1, which in the present case forms a quartz oscillator, consists of a quartz disk 11 with a substantially rectangular cross-section. Electrodes 12, 13 are arranged on two substantially parallel opposite sides 110, 111 of the quartz body 11, which are made of hard materials of the metals at least from groups III to VIII of the periodic table of elements. The hard materials can advantageously be nitrides, carbides, suicides or borides.

Es ist auch denkbar, daß Metalle nicht elementare Metalle sind so.iderr Metallgemische der Metalle wenigstens der III. bis VIII. Gruppe des Periodensystems der Elemente.It is also conceivable that metals are not elemental metals or metal mixtures of metals from at least groups III to VIII of the periodic table of elements.

Es sei darauf hingewiesen, daß das in der Figur 1 dargestellte piezoelektrische Bauelement 10 in Ftrm eines Schwingquarzes natürlich beliebige andere geeignete Querschnittsformen aufweisen kann, und zwar in Abhängigkeit vom gewünschten Schwingverhalten sowie von den angestrebten piezoelektrischen Eigenschaften des Bauelements schlechthin.It should be noted that the piezoelectric component 10 shown in Figure 1 in the form of a quartz oscillator can of course have any other suitable cross-sectional shape, depending on the desired oscillation behavior and the desired piezoelectric properties of the component per se.

Es hat sich gezeigt, daß Insbesondere 1n eiektroakustischen Strömungsmessern, die 1m Ultraschallbereich arbeiten, Schwingquarze der In der Figur dargestellten Art ein sehr gutes Schwingverhalten zeigten, das sich an die theoretisch möglichen Eigenschaften piezoelektrischer Bauelemente stark annähert. Zu diesem Zweck sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, die Kantenbereiche 14 der flächenmäßig gegenüber der Elektrode 13 größer ausgebildeten Elektrode 12 1n einem Winkel gegenüber der Fläche der Elektrode 12 angefast. Auch der Kant«nbere1ch 14 wirdIt has been shown that, in particular in electroacoustic flow meters that operate in the ultrasonic range, quartz oscillators of the type shown in the figure have very good oscillation behavior, which closely approximates the theoretically possible properties of piezoelectric components. For this purpose, as can be seen from the drawing, the edge areas 14 of the electrode 12, which is larger in area than the electrode 13, are chamfered at an angle to the surface of the electrode 12. The edge area 14 is also

I I I I · » ·I I I I · » ·

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S 10 S 10

* wenigstens teilweise von der Elektrode 12 bedeckt. Die* at least partially covered by the electrode 12. The

Fase des Kantenbereiches 14 kann beispielsweise, bezogenChamfer of the edge region 14 can, for example,

auf die Fläche der Elektrode 12, in einem Winkel von 30°on the surface of the electrode 12, at an angle of 30°

ausgebildet sein. Der Scheitel der Fase zur Fläche der ' Elektrode 12 kann dabei noch geringfügig gerundet ausge-The apex of the bevel to the surface of the electrode 12 can be slightly rounded.

bildet sein, was im einzelnen nicht in der Figur darge-forms what is not shown in detail in the figure.

\ stellt ist. Darüber hinaus kann ebenfalls die Kante, die \ In addition, the edge that is

zwischen der verlängerten Fläche der (unteren) Elektrode 13 und in der Darstellung der vertikalen Fläche des Quarzkörpers 11 geringfügig gerundet oder gef st ausgebildet sein.between the extended surface of the (lower) electrode 13 and the vertical surface of the quartz body 11 in the illustration may be slightly rounded or chamfered.

Durch die Erfindung wird eine ganz neue Stoffklasse als Elektrodenwerkstoff beispielsweise für piezo-, pyro- und ferroelektrische sowie piezokeramische Bauelemente eingeführt. Durch die erfindungsgemäßen leitfähigen Oberflächenschichten wird eine Vielzahl bisher unvereinbarer Eigenschaften erreicht. Diese sind:The invention introduces a completely new class of material as an electrode material, for example for piezoelectric, pyroelectric and ferroelectric as well as piezoceramic components. The conductive surface layers according to the invention achieve a large number of previously incompatible properties. These are:

Haftfestigkeit:Adhesive strength:

Die Haftfestigkeit von beispielsweise ca. 5 &khgr; 10~4 mm dickem T1N auf Quarz ist gegenüber der Haftfestigkeit von Gold - Chrom auf Quarz - erheblich erhöht und zwar stets auf der ganzen Elektroden- bzw. Schichtoberfläche. "Inseln" mit geringerer Haftung der Elektroden sind bei T1N noch nicht beobachtet worden, dagegen häufig bei GoId-Chrom-Quarz-Beschichtungen. Die erfindungsgemäßen Schichten können beispielsweise mit einer Drahtbürste oder ähnlichen Werkzeugen nicht entfernt bzw. nicht einmal beschädigt werden.The adhesive strength of, for example, approximately 5 x 10~ 4 mm thick T1N on quartz is considerably higher than the adhesive strength of gold - chrome on quartz - and this is always the case over the entire electrode or layer surface. "Islands" with lower adhesion of the electrodes have not yet been observed with T1N, but are common with gold-chrome-quartz coatings. The layers according to the invention cannot be removed or even damaged with a wire brush or similar tools.

Verschleißschutz:Wear protection:

Eine ca. S &khgr; 10"4 mm dicke "MN-Sch.cht weist eine Verschle1ßfest1gke1t auf, wie sie beispielsweise von mit TIN &Igr; beschichteten Werkzeugen wie Bohrern, Fräsern« Drehstäh- :? len usw. bekannt 1st. Dies 1st beispielsweise bei piezo·A MN layer approximately 5 x 10 mm thick has a wear resistance such as that known from TIN coated tools such as drills, milling cutters, turning tools , etc. This is the case, for example, with piezoelectric

elektrischen Bauelementen von Vorteil, wenn dieelectrical components is advantageous if the

higen Schichten (Elektroden) abriebfest sein mlissen. (Die hochfrequenten DUkenHnderungen der Bauelemente wirken unter Ums Und*&eegr; abschleifend). Es wurde beobachtet, daß Elektroden, die bei Schwingquarzen zur UHraschaiierieugung vorgesehen waren, sich an den Kontaktierungen durch Abrieb auflösten und damit unbrauchbar wurden. Die erfindungsgemäß ausgebildete leitfähige Oberflächenschicht inThe conductive layers (electrodes) must be abrasion-resistant. (The high-frequency changes in the components have an abrasive effect under certain circumstances). It was observed that electrodes intended for use in quartz oscillators to generate clocks dissolved at the contacts due to abrasion and thus became unusable. The conductive surface layer formed according to the invention in

-4
Form einer 5 &khgr; 10 mm dicken T1N-E1ektrode zeigte auch pech lugeren! Gebrauch keinen Abrieb; vielmehr war lediglich ein Abrieb auf den ElektrodengegenstUcken zu beobachten.
-4
A 5 x 10 mm thick T1N electrode showed no abrasion even after prolonged use; rather, only abrasion was observed on the electrode counterparts.

Elektrischer Widerstand:Electrical resistance:

Es wurde weiterhin beobachtet, daß auch nach längerer Betriebszeit eine lediglich 5 &khgr; 10 mm dicke TiN-Oberflächenschieht auf dem Quarz deutlich niederohmiger als eine herkömmliche ca. 5 &khgr; 10 mm dicke Goldschicht mit Chromunterlage zeigt. Dies beruht auf dem Umstand, daß schon während der Metal!beschichtung und auch wahrend der späteren Nutzung die Oberflächeneigenschaften von Metallen durch Einlagerung, Belegung und katalytische Reaktionen hochohmiger werden können. Die dadurch auf den Isolierten "Inseln" und Einschlüssen zu beobachtenden Aufladungen (Ladungsträgeransammlungen, parasitäre Zusatzkapazitäten) verschlechtern grundsätzlich die Eigenschaften eines Schwingkreises. Beim Gegenstand der Erfindung sind hingegen bei der Ausbildung der chemisch besonders inerten und niederohmigen TiN-Hartstoffschicht solche Erscheinungen nicht beobachtet worden.It was also observed that even after a long period of operation, a TiN surface layer on the quartz that is only 5 x 10 mm thick has a significantly lower resistance than a conventional gold layer with a chrome base that is approximately 5 x 10 mm thick. This is due to the fact that the surface properties of metals can become more highly resistive due to storage, coating and catalytic reactions during the metal coating and also during later use. The charges (charge carrier accumulations, parasitic additional capacitances) that can be observed on the isolated "islands" and inclusions fundamentally worsen the properties of an oscillating circuit. In the subject matter of the invention, however, such phenomena were not observed during the formation of the chemically particularly inert and low-resistance TiN hard material layer.

Elektrodenmasse:Electrode mass: Da beispielsweise bei Schwingquarzen eine SchichtdickeFor example, in the case of quartz oscillators, a layer thickness

-4
von ca. 5 &khgr; 10 mm erfahrungsgemäß ausreicht, verringert sich das Elektrodengewicht gegenüber einer ca. 5 &khgr; 10"
mm dicken Goldschicht um den Faktor 50. Die geringe Elektrodenmasse verringert die Bedämpfung der Schwinger, was zu einer GUteverbesserung führt. Eine optimierte Be-
-4
of approx. 5 &khgr; 10 mm is sufficient, the electrode weight is reduced compared to approx. 5 &khgr;10"
mm thick gold layer by a factor of 50. The low electrode mass reduces the damping of the oscillators, which leads to an improvement in quality. An optimized

schichtung mit Hartstoffen 1st zudem kostengünstiger gegentlber der Beschichtung mit Edelmetallen herzustellen.Coating with hard materials is also more cost-effective to produce than coating with precious metals.

Spaltfederung:Gap suspension:

Im Gegensatz zu den "dicken elastischen" Metallelektroden weisen dlinne T1N-Elektroden gemäß der Erfindung eine mit Quarz vergleichbare Elastizität auf und verhindern damit die unerwünschte Spaltfederung z. B. bei gestapelten Pie-In contrast to the "thick elastic" metal electrodes, thin T1N electrodes according to the invention have an elasticity comparable to quartz and thus prevent the undesirable gap springing, for example in stacked pie-

It ·&diams; # · #4 Il &bull; &diams; «4·· «IIt ·&diams;# · #4 Il &bull;&diams; «4·· «I

lezugszeicheniistereference character list

10 piezoelektrisches Bauelement10 piezoelectric component

11 Quarzkörper11 Quartz bodies

12 Elektrode12 Electrode

13 Elektrode13 Electrode

14 Kantenbereich14 Edge area

15 Elektrodenzwischenschicht15 Electrode intermediate layer

16 Elektrodenzwischenschicht16 Electrode intermediate layer

17 Elektrodenoberschicht17 Electrode top layer

18 Elektrodenoberschicht18 Electrode top layer

Claims (12)

&bull; Il · I&bull; Il · I JESSEN5TRASSE 4 · D-2000 HAMBURG 50 · TEL {040) 3893501 · TELEX 2166426 pahn d · FAX 3893502JESSEN5TRASSE 4 · D-2000 HAMBURG 50 · TEL {040) 3893501 · TELEX 2166426 pahn d · FAX 3893502 DIPL-PHYS. OLE NIEDMERS
D(PL-INC. HANS W. SCHÖNING EUROPEAN PATENT ATTORNEY
DIPL-PHYS. OLE NIEDMERS
D(PL-INC. HANS W. SCHÖNING EUROPEAN PATENT ATTORNEY
GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Max-Planck-Str., 2054 GeesthachtGKSS Research Center Geesthacht GmbH, Max-Planck-Str., 2054 Geesthacht Leitfähige Elektrodenoberflächenschicht
SchutzansorUche
Conductive electrode surface layer
Protective equipment
1. Leitfähige Elektrodenoberflächenschicht, beispielsweise zur Ausbildung von Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß bei piezo-, pyro- und ferroelektrisch*;* sowie piezokeramischen Bauelementen die Schichten (12, 13) aus elektrisch Ie1tfäh1gen Hartstoffen der Metalle wenigstens der III. bis VIII. Gruppe des Perlodensystems der Elemente gebildet werden.1. Conductive electrode surface layer, for example for forming electrodes, characterized in that in piezoelectric, pyroelectric and ferroelectric*;* as well as piezoceramic components the layers (12, 13) are formed from electrically conductive hard materials of the metals of at least the III. to VIII. groups of the pearl system of elements.
2. Oberflächenschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffe Nitride, Carbide, SHIzide oder Boride sind.2. Surface layer according to claim 1, characterized in that the hard materials are nitrides, carbides, SHIcides or borides. 3. Oberflächenschicht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffe Titannidtrid, Zirkonnitrid, Chromn1tr1d, TUancarbid, Zirkoncarbid, Tantalcarbid, T1tans111z1d, Z1rkonsi1iz1d, Mo1ybdäns111z1d, TUanborid, ChromboHd und Z1rkonbor1d sind.3. Surface layer according to claim 2, characterized in that the hard materials are titanium nitride, zirconium nitride, chromium nitride, titanium carbide, zirconium carbide, tantalum carbide, titanium carbide, zirconium silicide, molybdenum boride, titanium boride, chromium boride and zirconium boride. COMMERZBANK AG, BLZ 20040000,'NR. 26/16ÖO1 · OtLJfSCHE BANK AG, BLZ 20070000, NR. 6565675COMMERZBANK AG, BLZ 20040000, NO. 26/16ÖO1 · OtLJfSCHE BANK AG, BLZ 20070000, NO. 6565675 ÖHÄU: JHf! 2001002ft NR. 13048-205ÖHÄU: JHf! 2001002ft NO. 13048-205 4. Oberflächenschicht nach einem oder beiden der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Hart-Stoffen zugrundeliegenden Metalle wenigstens Titan, Zirkonium, Chrom, Tantal, Molybdän, Vanadium, Hafnium, Niob, Wolfram, Nickel oder Eisen sind.4. Surface layer according to one or both of claims 2 or 3, characterized in that the metals underlying the hard materials are at least titanium, zirconium, chromium, tantalum, molybdenum, vanadium, hafnium, niobium, tungsten, nickel or iron. 5. Oberflächenschicht nach einem oder mehreren der An-Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kartstoffe Hartstoffgemische sind.5. Surface layer according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the karting materials are hard material mixtures. 6. Oberflächenschicht nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffgemische wenigstens Titancarbonitrid, Zirkoncarbonitrid, Titanbornitrid, Titanzirkonnitrid und Titanzirkoncarbonitrid umfassen.6. Surface layer according to claim 5, characterized in that the hard material mixtures comprise at least titanium carbonitride, zirconium carbonitride, titanium boron nitride, titanium zirconium nitride and titanium zirconium carbonitride. 7. Oberflächenschicht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle Metallgemische der Metalle wenigstens der III. bis VIII. Gruppe des Periodensystems der Elemente sind.7. Surface layer according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the metals are metal mixtures of the metals of at least groups III to VIII of the Periodic Table of the Elements. &bgr;. Oberflächenschicht nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle wenigstens TI'an, Zirkonium, Vanadium, Tantal, Hafnium, Niob, Wolfram, Chrom, Molybdän, Nickel oder Elsen sind.β. Surface layer according to claim 7» characterized in that the metals are at least titanium, zirconium, vanadium, tantalum, hafnium, niobium, tungsten, chromium, molybdenum, nickel or elastomer. 9. Oberflächenschicht nach einem oder mehraren Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffe und/oder Hartstoffgemische eine nichtstöchiometHsche atomare und/oder molekulare Struktur aufweisen.9. Surface layer according to one or more claims 1 to 8, characterized in that the hard materials and/or hard material mixtures have a non-stoichiometric atomic and/or molecular structure. 10. Oberflächenschicht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schicht (12, 13) und dem Bauelement wenigstens eine Schicht (15, 16) eines Metalls wenigstens der IH4 bis VIII. Gruppe des Periodensystems der Elemente gebildet wird.10. Surface layer according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that between the layer (12, 13) and the component at least one layer (15, 16) of a metal of at least group IH 4 to VIII of the Periodic Table of the Elements is formed. lit ■ I ······ I lit ■ I ······ I 11. Oberflächenschicht nach einem oder mehreren der Ansprllche 1 bis 10» dadurch gekennzeichnet« daß auf der Hartstoffschicht wenigstens teilweise eine Schicht (17» 18) eines Metalls wenigstens der I. bis VIII. Gruppe des Perlodensystems der Elemente gebildet wird.11. Surface layer according to one or more of claims 1 to 10» characterized in that a layer (17» 18) of a metal of at least the I to VIII groups of the pearl system of elements is formed at least partially on the hard material layer. 12. Oberflächenschicht nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (17, 18) des Metalls lötfähige Eigenschaften aufweist.12. Surface layer according to claim 11, characterized in that the layer (17, 18) of metal has solderable properties.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0358040A2 (en) * 1988-09-06 1990-03-14 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Conductive surface layer
EP0358040A3 (en) * 1988-09-06 1991-01-30 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Conductive surface layer

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