DE914266C

DE914266C - Verfahren zur Herstellung einer temperaturbestaendigen elektrisch beanspruchten Isolierschicht, insbesondere eines Dielektrikums fuer elektrische Kondensatoren

Info

Publication number: DE914266C
Application number: DES10281D
Authority: DE
Inventors: Dr Fritz Beyerlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1942-04-24
Filing date: 1942-04-24
Publication date: 1954-06-28

Description

Verfahren zur Herstellung einer temperaturbeständigen elektrisch beanspruchten Isolierschicht, insbesondere eines Dielektrikums für elektrische Kondensatoren Im Interesse einer hohen Temperaturbeständigkeit von Schaltelementen und der dadurch bedingten ökonomischen Arbeitsweise ist man bestrebt, als Aufbaustoffe solche zu wählen, die hoch temperaturbeständig sind. Dies läßt sich hinsichtlich vieler Rohstoffe ohne Schwierigkeiten durchführen, doch ergeben sich im Hinblick auf Isolierstoffe und besonders Dielektrika deswegen große Schwierigkeiten, weil diese Stoffe meist organischer Natur sind und für hohe Temperaturen nicht geeignet sind. Es ist nun bereits vorgeschlagen worden, für Isolierzwecke auch anorganische Stoffe zu verwenden, jedoch treten dabei wieder Schwierigkeiten bei der Herstellung auf, vor allem weil diese Isolierschichten dünn, gleichmäßig stark, porenfrei und homogen sein müssen.
Von dem im wesentlichen aus Metallverbindungen bestehenden anorganischen Isolierstoffen scheint Siliziumdioxyd ein besonders geeigneter Vertreter zu sein, der auch über ausgezeichnete dielektrische Werte verfügt und deswegen für den Aufbau von Kondensatoren größte Bedeutung besitzt. Die zur Herstellung von Siliziumdioxydschichten vorgeschlagenen Verfahren haben jedoch bisher keine praktische Bedeutung gewinnen können, da sie sehr teuer, umständlich und schwierig durchzuführen sind und keine Gewähr für eine einwandfreie Isolationsschicht bieten. Die thermische Verdampfung von Siliziumdiöxyd und Niederschlägen des Metalldampfes auf die gewünschte Unterlage hat nämlich praktisch keine Bedeutung, weil die Verdampfungstemperatur für Siliziumdioxyd selbst im Vakuum sehr hoch liegt und, da Siliziumdioxyd ein Nichtleiter ist, zur Erwärmung ein beheizbarer Behälter erforderlich ist, der aber selbst dann, wenn er aus Wolfram besteht, nur eine untragbar kurze Lebensdauer hat, weil die Erwärmungstemperatur für das Siliziumdioxy d schon nahe bei der Schmelztemperatur des Wolframs liegt. Außerdem haben die in dieser Weise gewonnenen Schichten, abgesehen von der Verunreinigung durch mitverdampftes Wolfram, eine dem Leistungsaufwand entsprechend zu -geringe Stärke.
Gemäß der Erfindung wird ein neuartiges Verfahren angegeben, um in einfacher Weise beliebig starke, vollkommen homogene, glasklare Isolierschichten aus Siliziumdioxyd herzustellen: Dieses Verfahren besteht darin, daß zunächst durch thermische Verdampfung eines Gemenges von Silizium-Sauerstoffverbindungen und Reduktionsmitteln bzw. von Silizium und Sauerstoffverbindungen und Niederschlagen der gebildeten Dämpfe eine Silizium und Sauerstoff in annähernd gleichen atomaren Mengenverhältnissen enthaltende Schicht erzeugt wird, worauf diese Schicht dann einer oxydierenden Behandlung unterworfen wird, so däß aus der zunächst aus Si O bestehenden Schicht eine Schicht aus Si02 gebildet wird: Wie sich nämlich zeigte, verdampfen Silizium-Sauerstoffverbindungen zusammen mit Reduktionsmitteln schon bei weit niedrigeren Temperaturen als Siliziumdioxyd und bilden verhältnismäßig starke Si 0-Schichten, die durch den einfachen Vorgang einer oxydierenden Behandlung in irgendeiner bekannten Weise zu der gewünschten S'02-Schicht umgewandelt werden können. Die Aüfdampfung der Si O-Schicht erfolgt zweckmäßigerweise entweder im Vakuum oder unter Schutzgas: Als Reduktionsmittel kann auch Silizium selbst benutzt werden, so daß es möglich ist, Silizium und irgendwelche Metalloxyde, ja sogar Silizium und Siliziumdioxyd als Gemenge zu verwenden. Die Umwandlung der SiO-Schicht in eine Si02-Schicht kann beispielsweise durch den Sauerstoff der Atmosphärenluft oder auch durch oxydierende Gase oder Dämpfe erfolgen, wobei es zweckmäßig sein kann, eine erhöhte Temperatur zur Beschleunigung der Reaktion anzuwenden. Es zeigt sich, daß die Einwirkung - der oxydierenden Gase auch dadurch unterstützt werden kann, daß man gleichzeitig fotochemisch wirksame Strahlen, beispielsweise ultraviolette Strahlen, in Anwendung bringt.
Nun kann die Umwandlung der Si O-Schicht jedoch auch durch Zuhilfenahme von oxydierenden Flüssigkeiten, beispielsweise Säuren, wie Salpetersäure, erreicht werden, wobei es ebenfalls zweckmäßig sein kann, erhöhte Temperaturen anzuwenden: Auch auf dem Wege der elektrolytischen Oxydation läßt sich die Si O-Schicht in die Si 02 Schichtumwandeln. Eine elektrolytische Oxydation wird zweckmäßigerweise in sauren Lösungen, beispielsweise in schwefelsauren Lösungen, vorgenommen.
Die in dieser Weise hergestellte Siliziumdioxydschicht kann als selbständiger Kieselsäurefilm Verwendung finden, wobei es dann erforderlich ist, die Trägerunterlage, auf der die Schicht erzeugt wurde, zu entfernen, was durch Auflösen, Ablösen, Abweichen od. dgl. geschehen kann. Zweckmäßiger ist es jedoch, die Schicht von vornherein gleich auf einem Bestandteil der elektrischen Einrichtung, der als Träger der Schicht dient, anzubringen, also beispielsweise bei der Herstellung von elektrischen Kondensatoren die Siliziümdioxydschicht unmittelbar auf den Belegungen zu erzeugen oder, wenn es sich um die Isolierung von Leitern des elektrischen Stromes in Form von Drähten od. .dgl. handelt, die Isolierschicht unmittelbar auf diesen Leitern niederzuschlagen.
Es ist jedoch nicht nötig, daß die erfindungsgemäß hergestellte Isolierschicht allein als Isolierung verwendet wird, sie kann beispielsweise auch dazu dienen, Isolierschichten anderer Art, die beispielsweise mit Porendurchsetzt sind; hinsichtlich ihrer Isolierfähigkeit zu verbessern, indem man sie auf diese Isolierkörper aufbringt: Beispielsweise kann man andere dielektrische Stoffe durch einen überzug mit der erfindungsgemäß hergestellten Siliziumdioxydschicht weitestgehend verbessern.
Die erfindungsgemäß hergestellte Siliziumdioxydschicht hat den großen Vorzug, gegenüber den praktisch vorkommenden chemischen Einwirkungen völlig beständig zu sein und diese Beständigkeit auch im Laufe der Zeit beizubehalten. Außerdem ist sie sehr temperaturbeständig und behält auch bei höheren Temperaturen ihre chemische Beständigkeit bei, Ein Abblättern und Rissigwerden der Schicht ist nicht zu befürchten, da sie sich sehr fest mit der Unterläge verbindet: Schließlich ist das Verfahren zur Herstellung dieser Siliziumdioxydschicht so einfach und billig, daß es in großem Umfang überall dort; wo temperaturbeständige Siliziumdioxydschichten benötigt werden, angewendet werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung einer temperaturbeständigen, elektrisch beanspruchten Isolierschicht, insbesondere eines Dielektrikums für elektrische Kondensatoren, aus Siliziumdioxyd, dadurch gekennzeichnet, daß durch thermische Verdampfung eines Gemenges von Silizium-Sauerstoffverbindungen und Reduktionsmitteln bzw. von Silizium und Sauerstoffverbindungen und Niederschlagen der gebildeten Dämpfe eine Silizium und Sauerstoff in annähernd gleichen atomaren Mengenverhältnissen enthaltende Schicht erzeugt wird und daß diese Schicht einer oxydierenden Behandlung unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufdampfung der aus Silizium und Sauerstoff in gleichen atomaren Mengenverhältnissen bestehenden Schicht im Vakuum oder unter Schutzgas vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB als Reduktionsmittel Silizium benutzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemenge von Silizium und Siliziumdioxyd verwendet wird. $.
Verfahren nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daB die Oxydation der aus Silizium und Sauerstoff in gleichen atomaren Mengenverhältnissen bestehenden Schicht durch Einwirkung der Atmosphärenluft oder anderer oxydierender Gase oder Dämpfe, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daB die Einwirkung der oxydierenden Gase durch gleichzeitige Anwendung fotochemisch wirksamer Strahlen, vorzugsweise von ultravioletten Strahlen, unterstützt wird.
7. Verfahren nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daB die Oxydation der aus Silizium und Sauerstoff in gleichen atomaren Mengenverhältnissen bestehenden Schicht durch Einwirkung von oxydierenden Flüssigkeiten, beispielsweise Säuren, wie Salpetersäure, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur erzielt wird. B. Verfahren nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daB die Oxydation der aus Silizium und Sauerstoff in gleichen atomaren Mengenverhältnissen bestehenden Schicht durch elektrolytische Oxydation, vorzugsweise in sauren Lösungen, beispielsweise in schwefelsauren Lösungen, erzielt wird. g. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf Trägerunterlagen erzeugt wird, die nach Fertigstellung der Schicht entfernt,,beispielsweise abgelöst werden. io. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daB die Schicht auf als Bestandteile der elektrischen Einrichtung dienenden Trägern, beispielsweise den Belegungen des Kondensators, erzeugt wird. i i. Verfahren nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daB die Schicht auf einem ebenfalls als Isolationsmittel oder Dielektrikum dienenden Stoff gebildet wird.