DE922596C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung geschichteter UEbertragungsleitungen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 20. JANUAR 1955"

W10253 VIIIb 12i c

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung elektrischer Leiter und insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung zusammengesetzter Leiter mit einer großen Zahl sehr dünner isolierter Schichten aus einem leitenden Material.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung wirksamer Verfahren und Vorrichtungen für die Herstellung zusammengesetzter Leiter der erwähnten Art in Kabellängen.

Die Erfindung ist in erster Linie auf die Herstellung zusammengesetzter Leiter gerichtet, die unter der Bezeichnung »Clogston-Leiter« oder »Clogston-Kabel« nunmehr allgemein bekanntgeworden sind, ohne daß sie jedoch ausschließlich auf solche Leiter oder Kabel beschränkt ist. Clogston-Kabel enthalten einen oder mehrere zusammengesetzte Leiter, die durch eine Vielzahl voneinander isolierter leitender Elemente gebildet werden, deren Zahl, Abmessungen und Lage zueinander und zur Richtung der sich in ihnen ausbreitenden elektromagnetischen Welle derart ist, daß eine günstigere Strom- und Feldverteilung innerhalb des leitenden Materials erzielt wird. Bei jeder der verschiedenen besonderen Ausführungsformen bildet der zusammengesetzte Leiter einen Stapel aus einer Vielzahl von dünnen, gleichachsig angeordneten Metallschichten, die voneinander durch dünne isolierende Schichten getrennt und so angeordnet sind, daß die kleinste Abmessung jeder der Schichten sowohl senkrecht zur Richtung der Wellenausbreitung als auch des magnetischen Vektors ist. Jede Metallschicht ist vorzugsweise vielmal, z. B. zehn-, hun-

dert- oder sogar tausendmal dünner als der Faktor δ, der zur Bezeichnung der Einheit der Hautdicke dient. Der Abstand δ ist durch den Ausdruck

y —τ—gegeben, wobei ö in Metern ausgedrückt ist,

D f 7tJ Lt (T

f die Frequenz in Hertz, μ die Permeabilität des Metalls in Henry pro Meter und σ die Leitfähigkeit in Siemens pro Meter ist. Der Faktor δ mißt den Abstand, in welchem der bzw. das in eine Platte des ίο Metalls mit einer Dicke eines Vielfachen von δ eindringende Strom bzw. Feld um ι Neper abnimmt, d. h.

ihre Amplitude gleich—= 0,3679 ... mal ihre Am-

plitude an der Oberfläche der Platte wird.

Daraus ergibt sich, daß für Frequenzen im Megahertzbereich oder in höheren Bereichen die Dicke der Metallschichten und der Isolierschichten sehr gering sein soll. Für die in Frage kommenden oberen Frequenzbereiche müssen diese Dicken Bruchteile eines tausendstel Zentimeters und können in der Größenordnung von einem millionstel Zentimeter sein. Wie an sich bereits bekannt, ist bei ausreichend dünnen Schichten die optimale relative Dicke für bestimmte Ausführungsformeti· von- Clogston-Leitern diejenige, bei welcher jede Isolierschicht die Hälfte der Dicke jeder Metallschicht hat, so daß sowohl die Metall- als auch die Isolierschichten sehr dünn sein müssen.

Im allgemeinen ist die Leitfähigkeit eines Metalls unabhängig von seiner Größe und Form. Wenn jedoch die mittlere freie Weglänge der Leitungselektronen mit den Abmessungen des Leiters vergleichbar wird, ist dies nicht der Fall. Dieser letztere Umstand tritt für sehr dünne Filme bei normalen Temperaturen und für etwas dickere Filme und Drähte bei niedrigen Temperaturen ein, bei welchen die mittlere freie Weglänge der Elektronen viel größer wird, als sie bei normalen Temperaturen ist. Die Leitfähigkeit wird unter diesen Bedingungen eine Funktion der Größe und Form des Leiters. Um eine Berechnung dieser Wirkung zu ermöglichen, ist beträchtliche theoretische Arbeit geleistet worden. Die Arbeit von Dingle (s. Proceedings of the Royal Society, Bd. 201, S. 245, 1950), die auf die Arbeit von Fuchs (besprochen in den'Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, Bd. 34, S. 100, 1938) aufgebaut ist, scheint ein Versuch zu einer strengen Theorie zu sein, die der unelastischen Streuung an der Metallgrenze Rechnung trägt. Soweit der Patentinhaberin bekannt ist, liegt keine experimentelle Bestätigung der Theorie von Dingle vor, die zeitlich vor den Versuchen liegen, welche zu der Erfindung geführt haben. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es möglich ist, durch Verdampfung dünne Filme aus Metallen, wie z. B. Aluminium, Silber und Kupfer, zu erzielen, die der Leitfähigkeit des massiven Metalls sehr nahe kommen, wenn die effektive Dicke gemäß der Theorie von Dingle berücksichtigt wird, dadurch, daß sehr schnelle Verdampfungsgeschwindigkeiten verwendet werden, z. B. von der Größenordnung von 500 bis 1000 Ängströmeinheiten je Sekunde. Bei den bisher für diesen Zweck angewendeten bekannten Verdampfungsverfahren betrug die Geschwindigkeit nur einen kleinen Bruchteil dieser Geschwindigkeit. Diese Verfahren haben Filme ergeben, die nur die halbe Leitfähigkeit des massiven Metalls, hatten. Außerdem haben auf elektrolytischem Wege erzeugte Kupferfilme und durch die bekannten chemischen Verfahren aufgetragene Silberfilme viel niedrigere Leitfähigkeitswerte als das massive Metall. Die gemäß der Erfindung zur Anwendung kommende schnelle Verdampfung ist für die Erzeugung von Schichten von sehr geringer Dicke, wie sie für Clogston-Kabel notwendig ist, gut geeignet. Es können etwas geringere Verdampfungsgeschwindigkeiten, z. B. 100 bis 500 Ängströmeinheiten je Sekunde, verwendet werden, wenn sehr geringe Drücke, beispielsweise unter 10—⁵ mm Quecksilbersäule, angewendet werden und/oder wenn das Kabel während des Vorgangs auf etwa 150⁰ C erwärmt wird. Bei Anwendung dieser niedrigen Drücke und erhöhten Temperaturen erhält man bei einer Verdampfungsgeschwindigkeit von 500 bis 1000 Ängströmein- heiten je Sekunde Filme, deren spezifischer Widerstand dem des massiven Metalls sogar noch näher kommt.

Es wurde festgestellt, daß Verunreinigungen im allgemeinen die elektrischen Eigenschaften sowohl der Metalle als auch der Dielektrika herabsetzen, d. h. die Leitfähigkeit wird vermindert, während die dielektrischen Verluste höher werden. Einer der Hauptvorteile der Erfindung besteht darin, daß die gesamte Herstellung des Kabels unter Vakuum durchgeführt wird, so daß Verunreinigungen von außen vermieden werden.

Nach jeder der Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, in einem kontinuierlichen Verfahren eine Vielzahl von sehr dünnen, vorzugsweise in der Größenordnung von einigen wenigen millionstel Zentimetern, gleichachsig angeordneten leitenden Schichten zu erzeugen, die durch gleichachsige Isolierschichten von vergleichbarer Dicke getrennt sind. Bei jedem dieser Verfahren wird ein sehr rasch ablaufendes Verdampfungsverfahren, dessen Dauer mindestens viele Male kürzer ist als die bisher für wünschenswert erachtete Verdampfungsgeschwindigkeit, sowohl für die Herstellung der leitenden als auch der isolieren- no den Schichten angewendet. Um die Dicke der leitenden Schichten und der Schichten des Dielektrikums auf bestimmten Werten zu halten, sind Hilfssteuereinrichtungen vorgesehen. Obwohl ebenso viele Verdampfungsstationen für das Metall und das Isoliermaterial vorgesehen sein können, wie die Zahl der Schichten des herzustellenden Stapels beträgt, brauchen in der Praxis nicht so viele Stationen vorhanden zu sein, da das Kabel durch eine bestimmte Zahl Verdampfungsstationen mehrfach hindurchgeführt werden kann, und zwar entweder jedesmal in der gleichen Richtung oder abwechselnd in der entgegengesetzten Richtung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll diese im nachstehenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben werden.

Fig. ι ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Herstellung eines geschichteten Kabels gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab eine einen Teil der in Fig. ι gezeigten Anordnung bildende Gruppe von Verdampfungsstationen mit den dazugehörigen Steuerstationen;

Fig. 3 ist eine schematische Teildarstellung einer Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 ist eine Ansicht einer Verdampfergruppe,

gesehen im rechten Winkel zur Achse des Kabels; Fig. 5 zeigt eine Längsansicht, teilweise im

Schnitt, einer Ausfuhrungsform des Kabels gemäß der Erfindung, und

Fig. 6, 7 und 8 sind zur Erläuterung der Erfindung benutzte graphische Darstellungen.

In Fig. ι ist beispielsweise eine Vorrichtung io zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung für die Herstellung eines mehrschichtigen Kabels der Clogston-Bauart oder einer anderen Bauart gezeigt, bei welcher eine Vielzahl von sehr dünnen, voneinander isolierten leitenden Schichten verwendet wird. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 11 auf, in dem eine Vielzahl von Rollen 12, 13, 14, 15 und 16 zur Lagerung und für den Antrieb einer Kabelseele 17 angeordnet ist, auf welch letztere die verschiedenen Metall- und Isolierschichten aufgebracht werden sollen. Die Kabelseele 17 kann entweder aus metallischem oder aus dielektrischem Material bestehen. Das Gehäuse 11 kann unter einem geeigneten, sich dem Vakuum nähernden Druck durch eine Vielzahl von Leitungen 18 gehalten werden, die, wie angegeben, an eine Vakuumpumpe oder an Vakuumpumpen angeschlossen sind. Im allgemeinen ist ein Vakuum von 10—⁵ mm Quecksilbersäule angemessen. Die Kabelseele 17 wird durch vier verschiedene Arten von Kammern nacheinander hindurchgeführt und dieser Vorgang viele Male wiederholt, bis die gewünschte Zahl von leitenden Schichten erzielt ist. Es sind vier verschiedene Arten von Kammern vorgesehen, und zwar die Metallverdampfungskammern 20, die Metalldickesteuerkammern 30, die Isoliermaterial-Verdampfungskammern 40 und die Isolierschichtdickesteuerkammern 50. Diese Kammern sind mit etwas näheren Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt, die in größerem Maßstab als Fig. 1 gezeichnet ist. Die Kabelseele 17 wird zuerst durch eine Batterie von Metallverdampfungskammern 20 geführt, die symmetrisch um die Kabelachse angeordnet sind, wie in Fig. 4 gezeigt. Jede Kammer 20 weist eine gehäuseartige Umschließung 21 auf, die die Metällverdampfungsmittel umgibt, welche in Fig. 2 als Schale 22 od. dgl. dargestellt ist, die aus einem geeigneten hochhitzebeständigen Material, beispielsweise Wolfram, Molybdän oder Tantal, besteht. Die Schale 22 enthält das zu verdampfende Material 23, z. B. Kupfer, Silber oder Aluminium. Das Material 23 hat vorzugsweise die Form eines Stabes, der von Hand oder selbsttätig in die Schale durch geeignete Mittel gebracht wird, die einen Teil der Einrichtung bilden, welche in der Zeichnung durch das Gehäuse 24 mit der Beschriftung Verdampfungssteuereinrichtung schematisch dargestellt ist. Das Material kann jedoch auch in irgendeiner anderen Form verwendet werden, z. B. in Form eines Fadens. Das Heizen der Schale 22 kann durch Gleichstrom oder Wechselstrom, durch eine um die Schale 22 angeordnete Gleichstrom- oder Niederfrequenzwechselstromheizspule oder durch Hochfrequenz geschehen. Die Heizmittel bilden ebenfalls einen Teil der Einrichtung 24. Da geeignete Materialzuführungs- und -heizeinrichtungen in der Technik an sich bekannt sind, sind sie in der Zeichnung nicht besonders dargestellt. Das Gehäuse 21 ist mit einer Innenwand 25 und einer Außenwand

26 versehen, von denen jede eine Öffnung aufweist, durch welche das verdampfte Material hindurchtreten kann, um das Kabel 17 zu erreichen. Die Größe der Öffnungen kann durch veränderliche Blenden 27 bzw. 28 verändert werden. Die. Blenden

27 und 28 können von Hand oder selbsttätig durch eine einen Teil der "Einrichtung bildende Steuervorrichtung betätigt werden, und zwar in Abhängigkeit von Steuersignalen, die von den Dickensteuerkammern 30 ausgehen. Die gestrichelten Linien 29 in der Zeichnung sollen andeuten, daß die Größe der Öffnungen der Blenden durch die Steuervorrichtung 24 steuerbar ist.

Es ist wesentlich, daß die dünnen, auf das Kabel 17 aufgedampften Materialschichten von gleichmäßiger Dicke sind. Bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ist eine Vielzahl, z. B. acht, von Verdampfungskammern 20 vorgesehen, die symmetrisch um die kreisförmige Kabelseele 17 angeordnet sind. Zur Vereinfachung der Zeichnungen sind die Einzelheiten der Verdampfungskammern 20 nicht bei allen Kammern der Gruppe gezeigt; es wird jedoch als selbstverständlich vorausgesetzt, daß alle gleich sind. Durch die geometrische Anordnung der Kammern 20 im Abstand voneinander und durch Verwendung (wie in Fig. 2 gezeigt) geeigneter Wände und Steuerungen, so daß die Verdampfer im wesentlichen als punktförmige Strahler wirken, kann eine gleichmäßig dünne Schicht verdampften Materials auf das sich bewegende Kabel 17 aufgetragen werden.

Statt der in Fig. 4 gezeigten Verdampferbatterie kann auch ein einziger Verdampfer benutzt werden. Ein solcher Verdampfer kann in Form einer hohlen Kugel aus Wolfram oder aus einem anderen Metall mit hohem Schmelzpunkt verwendet werden, durch welche das Kabel hindurchgeführt wird. Der Verdampfer wird dabei auf einer gleichmäßig hohen Temperatur gehalten, die ausreicht, einen Metalldampfdruck von einem gewünschten Wert, z. B. ι mm Quecksilbersäule, zu erzeugen. Das zu verdampfende Metall kann in die Kugel wie bei der Anordnung nach Fig. 1 selbsttätig oder von Hand eingebracht werden.

Um die Filmdicke des metallischen Leiters steuern und gleichmäßig halten zu können, ist eine Steuervorrichtung erforderlich. Das Kabel 17 wird daher, nachdem eine Metallschicht ij^A mittels der Verdampfer 20 aufgebracht worden ist, durch eine

Gruppe von Steuerkammern 30 geleitet, in welchen der Widerstand des Metallfilms einen Spannungsabfall verursacht, der eine Hilfseinrichtung steuert. Diese Hilfseinrichtung steuert wiederum die Verdampfungsgeschwindigkeit in den Verdampfern 20 erstens durch Verändern der Heizgeschwindigkeit, zweitens durch Verändern der Blendenöffnung in den Wänden 25 und 26, drittens durch Steuern der Materialzufuhrgeschwindigkeit oder viertens durch Bewirken einer oder mehrerer dieser Veränderungen. Der Spannungsabfall über den Widerstand des Films τγ^Α zwischen den Rollenkontakten 32 und 33 wird durch den Strom erzeugt, der zwischen diesen Kontakten infolge der elektromotorischen Quelle 36 fließt, die in einen Stromkreis geschaltet ist, welcher die Stromquelle 36, den Widerstand 35 und die Schicht zwischen den Kontakten 31 und 34 enthält. Jede Ungleichmäßigkeit in der Schicht iy^A ruft ein, Störungssignal im Hilfsverstärker 37 hervor, wodurch ein entsprechendes Signal im Hilfsempfangsverstärker 38 erzeugt wird, der durch eines oder mehrere der vorangehend erwähnten Mittel die Geschwindigkeit steuert, mit welcher das Metall im Verdampfer 22 auf das Kabel 17 aufgebracht wird. Es sind ebenso viele Steuerstationen 30 vorhanden, wie Metallverdampfungsstationen 20 vorgesehen sind. Der vereinfachten Darstellung halber ist in den Zeichnungen die Hilfssteuereinrichtung nur einer einzigen der Stationen 30 gezeigt. Die Stationen 30 sind jedoch einander alle gleich. Nach dem Durchgang durch die Steuerstationen 30 wird das Kabel 17 zur Batterie der Verdampfungskammern 40 weitergeführt, in welcher eine Schicht iJ^B aus einem geeigneten dielektrischen Material, z. B. Manganfluorür, Magnesiumfluorid, Siliziummonoxyd oder -dioxyd, aufgebracht wird. Jede der Verdampfungskammern 40 ist von einem Gehäuse 41 umgeben, in dem eine Schale 42 angeordnet ist, die ein geeignetes dielektrisches Material 23 oder ein Gemisch von dielektrischen Stoffen enthält. Für das Ausfüllen der Poren des dielektrischen Hauptfilms ist z. B. Kryolith oder Zinksulfid geeignet, da diese eine größere Obefflächenbeweglichkeit haben als das verwendete dielektrische Hauptmaterial. Die Wärme zur Bildung des Materials in der Schale 42 kann durch eines der im vorangehenden in Verbindung mit den Kammern 20 beschriebenen Mittel erzeugt werden. Ebenso wie die Metallverdampfer können die Dielektrikaverdampfer 40 in Form einer Batterie angeordnet sein, beispielsweise in der Anordnung nach Fig. 4. Die Verdampfungssteuereinrichtung 44, die ähnlich wie die Einrichtung 24 ausgebildet ist, ist für das Steuern der Zufuhrgeschwindigkeit, der Heizgeschwindigkeit und des Öffnungsgrades der veränderlichen Blenden 47 bzw. 48 der Wände 45 bzw. 46 mittels Steuerorganen 49 vorgesehen.

Nach dem Verlassen der Verdampfungskammern 40 wird das Kabel 17, auf dem eine Metallschicht I7^A und eine Dielektrikumschicht 17^s aufgebracht worden sind, durch die Steuerkammern 50 geführt, von denen je eine für jede Verdampfungskammer 40 vorgesehen ist. Jede dieser Steuerkammern dient zur Feststellung der Dicke der Dielektrikumschicht 17^s und zur Sicherung, daß die Dicke dieser Schicht durch eine Hilfssteuereinrichtung gleichmäßig gehalten wird, die zur Verdampfungssteuereinrichtung 44 in der entsprechenden Verdampfungskammer 40 zurückverbunden ist. Das Steuersignal wird durch einen gebündelten Lichtstrahl erzeugt, der von einer geeigneten Lichtquelle 51 ausgeht und über ein optisches System 53 auf die Schicht ij^B fällt. Der von dieser Schicht reflektierte Strahl wird über ein geeignetes optisches System 53 auf eine Photozelle 54 gerichtet, die eine Spannung erzeugt, welche dem Hilfsgeber 55 zugeführt wird. Dieser ist mit einem Hilfsempfänger 56 gekoppelt, der ein entsprechendes Signal zur Steuerung der Verdampfungsgeschwindigkeit aus der Verdampfungsschale 42 steuert und damit die Dicke des Films 17^s auf einem gewünschten Wert hält.

Nachdem das Kabel 17 aus der Kammer 50 herausgetreten ist, wird es in der gleichen Richtung durch eine Anzahl Kammern geführt, die zur Vereinfachung der Zeichnung nicht gezeigt sind, jedoch den Kammern 20, 30, 40 bzw. 50 ähnlich sind, d. h. es wird ein oder mehrere Male mit Hilfe der Rollen 13, 14, 15, 16 und 17 durch jede dieser Kammern hindurchgeleitet, wobei bei jedem Durchgang wie beim ersten Durchgang durch diese Stationen zusätzliche Metall- und Isolierschichten aufgebracht werden. Das Kabel kann beliebig oft durch diese Stationen geführt werden und daher jede beliebige Zahl von abwechselnden Metall- und Isolierschichten erhalten. Vorzugsweise werden je hundert Schichten oder mehr auf das Kabel aufgebracht, bevor die Stapelbildung endgültig abgeschlossen wird. Fig. 5 zeigt einen solchen um die Kabelseele 17 aufgebrachten Stapel 60. Wenn gewünscht, kann sich dieser Stapel bis zum äußeren Mantel 61 erstrecken oder nur für einen Teil des Abstandes zwischen der Kabelseele 17 und der Ummantelung 61, wobei der übrige Raum ganz oder teilweise durch ein Zwischendielektrikum 62 und einen zweiten Stapel 63 ausgefüllt sein kann. Wenn beispielsweise das Kabel einheitlich aus einem dielektrischen Material hergestellt werden soll, entweder aus dem gleichen, das sich zwischen den Schichten befindet, oder aus einem anderen dielektrischen Material entsprechend der geforderten Dielektrizitätskonstante, kann das Kabel eine Vielzahl von Malen durch die Kammern 40 und 50 geführt werden, wobei die entsprechenden Metallverdampfungskammern 20 und die diesen zugeordneten Steuerkammern 30 abgeschaltet sind. Wenn das dielektrische Material nicht das gleiche ist wie das, welches sich in den Schichten des Stapels 60 befindet, und es unzweckmäßig ist, die Kammern 40 für dieses andere dielektrische Material einzurichten, können zusätzliche Verdampfungsstationen für das Dielektrikum vorgesehen werden. Das Kabel 17 kann jedoch auch von den Rollen abgenommen werden, sobald der Stapel 60 aufgebracht worden ist, und durch ein Überzugsbad geführt werden, bis die erforderliche Dicke des dielektrischen Materials 62 auf dem Kabel erreicht

ist. Im allgemeinen ist es jedoch am besten, das Vakuum während des ganzen Vorgangs aufrechtzuerhalten. Auf jeden Fall wird der auf dem Dielektrikum in der Vorrichtung nach Fig. ι gebildete Stapel 63 in der gleichen Weise hergestellt wie der Stapel 60.

Eine andere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist durch die Anordnung in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist die Kabelseele auf einer Speicherrolle 70 aufgespult, wobei nicht gezeigte Motoren vorgesehen sind, durch die die Rolle 70 und die dieser gegenüberliegende Speicherrolle 71 angetrieben werden und die Motoren dabei so gesteuert werden können, daß sie in der entgegengesetzten Richtung umlaufen. Daher kann, wenn die ganze unter Bearbeitung befindliche Kabelseele 17 einen Durchgang durch die Kette der Verdampfungskammern 20 und 40 (von denen nur einige in Fig. 3 dargestellt sind) gemacht hat und auf der Rolle 71 aufgewickelt worden ist, die Laufrichtung des Kabels umgekehrt werden und das teilweise aufgebaute Kabel wieder durch die Verdampfungskammern 20 und 40 zurückgeführt werden. Auf jeder Seite der Metallverdampfungskammern 20 sind Prüf- und Steuerkammern 30 angeordnet, während auf jeder Seite der Dielektrikaverdampfungskammern 40 Prüf- und Steuerkammern 50 vorgesehen sind. Wenn die Kabelseele während des Herstellungsvorgangs im Uhrzeigersinn umläuft, sind die Prüf- und Steuerkammern 3O^ß als Teil der HilfsSteuereinrichtung für die Metallverdampfer 20 eingeschaltet. In ähnlicher Weise sind die Steuerkammern 50^s so geschaltet, daß sie die HilfsSteuereinrichtung für die Dielektrikaverdampfer 40 betätigen. Wenn die Kabelseele einen Durchgang durch die Kette der Verdampfungsstationen 20 und 40 gemacht hat, wird die Förderrichtung umgekehrt, so daß das Kabel 17 in der entgegengesetzten Richtung durch die Verdampfungsstationen läuft. In diesem Falle sind die Steuerkammern 50^s und 30^s abgeschaltet und die Anlage so geschaltet, daß die Steuerung des Verdampfungsvorgangs durch die Steuerkammern 3O^A und 5o^A erfolgt. Außerdem wird, wenn bei Umlauf im Uhrzeigersinn die zuletzt aufgebrachte Schicht eine Metallschicht ist, diejenige Kammer, die diese Schicht aufgebracht hat, für den Umlauf entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn ebenfalls abgeschaltet, so daß die beim letzten Durchlauf aufgebrachte erste Schicht eine Dielektrikumschicht ist.

Dieses Verfahren zur Herstellung des Kabels 17, bei welchem dieses durch die Verdampfer in beiden Richtungen geführt wird, ist häufig wirtschaftlicher wegen des geringeren für die Vakuumeinrichtung erforderlichen Raumes. Das in Fig. 5 gezeigte Kabel kann natürlich sowohl nach dem letztbeschriebenen Verfahren als auch nach dem Verfahren nach Fig. 1 hergestellt werden, wobei das Zwischendielektrikum durch Durchgänge durch die Verdampfer in beiden Richtungen hergestellt werden kann.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die verwendete sehr hohe Verdampfungsgeschwindigkeit, für die beispielsweise die Größenordnung von 500 bis 1000 Ängströmeinheiten je Sekunde kennzeichnend ist. Diese Geschwindigkeit ist viele Male größer als die bei den bekannten Verdampfungsverfahren verwendete Geschwindigkeit. Die Wirksamkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung ergibt sich aus der Betrachtung der Fig. 6, 7 und 8, bei welchen die Schichtdicke in Ängströmeinheiten über dem Widerstand je Flächeneinheit in entsprechenden Einheiten aufgetragen ist. Fig. 6 zeigt die Kurven für Kupfer, Fig. 7 die Kurven für Silber und Fig. 8 die Kurven für Aluminium. In jeder dieser drei Figuren stellt die mit einer ausgezogenen Linie gezeichnete Kurve die Werte für isoliertes massives Metall des jeweils für die aufgedampften Schichten verwendeten Materials dar. Die mit gestrichelter Linie gezeichneten Kurven ergeben sich aus der Berechnung nach der Theorie von Dingle (s. Proceedings of the Royal Society, Bd. 201,1950). Die mittleren freien Weglängen für die Leitungselektronen in diesen Metallen bei Raumtemperatur wurden wie folgt angenommen: Kupfer 400, Silber 570 und Aluminium 300 Ängströmeinheiten. Die mit strichpunktierten Linien gezeichneten Kurven zeigen die Ergebnisse, die durch andere Verfahren für das Aufbringen von Schichten erzielt wurden. Daher zeigt in Fig. 6 eine strichpunktierte Kurve die Werte für durch ein elektrolytisches Verfahren aufgebrachtes Kupfer, während in Fig. 7 die strichpunktierte Kurve die Werte für eine Schicht zeigt, die durch ein chemisches Verfahren aufgebracht worden ist. In Fig. 8 stellt die strichpunktierte Kurve die Werte für eine Aluminiumschicht dar, die durch ein bekanntes Verdampfungsverfahren aufgebracht worden ist. Die Ergebnisse der von Schichten erzielten Daten, die durch das verhältnismäßig schnelle Verdampfungsverfahren gemäß der Erfindung erzeugt worden sind, d. h. bei Verdampfung unter Vakuum mit einer Geschwindigkeit von 500 bis 1000 Ängströmeinheiten je Sekunde, sind nicht gezeigt, da sie annähernd mit den Kurven, die die nach der Theorie von Dingle errechneten Werte darstellen, bis zu einer Filmdicke von 400 bis 500 Ängströmeinheiten, je nach dem verwendeten Metall, zusammenfallen.

Außer den hohen Verdampfungsgeschwindigkeiten bestehen noch zwei andere Faktoren, die den spezifischen Widerstand dünner aufgedampfter Filme beeinflussen, nämlich der Druck des Gasrestes und die Temperatur des Kabels, auf welchem die Filme aufgebracht werden. Im allgemeinen nimmt der spezifische Widerstand von auf diese Weise hergestellten Filmen mit dem Gasdruck zu, da mehr Gasmoleküle in den Filmen mit zunehmenden Drücken absorbiert werden. Drücke unter 10—⁵ mm Quecksilbersäule können zur Herabsetzung des spezifischen Widerstandes oder für das Erzielen desselben spezifischen Widerstandes bei einer niedrigeren Verdampfungsgeschwindigkeit verwendet werden. Es wurde festgestellt, daß in ähnlicher Weise das Erwärmen der Unterschicht, d. h. des Kabels, auf dem der Film aufgedampft wird, auf eine Temperatur von beispielsweise 150° C

den spezifischen Widerstand herabsetzt oder den gleichen spezifischen Widerstand bei niedrigerer Verdampfungsgeschwindigkeit .ergibt. Die Verwendung von sehr niedrigen Drücken und erhöhten Temperaturen ermöglicht die Herstellung zufriedenstellender Filme mit einer verhältnismäßig geringen Verdampfungsgeschwindigkeit von ioo Ängströmeinheiten je Sekunde. Im allgemeinen werden jedoch Verdampfungsgeschwindigkeiten von 500 bis 1000 Ängströmeinheiten je Sekunde bevorzugt und erhöhte Temperaturen sowie ein verminderter Druck •benutzt, um einen spezifischen Widerstand zu erzielen, der möglichst nahe an den spezifischen Widerstand des massiven Materials herankommt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:
2. . i. Verfahren zur Herstellung geschichteter Übertragungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß dünne Schichten eines leitenden Metalls, z. B. Kupfer, Silber oder Aluminium, unter Vakuum mit einer Geschwindigkeit von mindestens 100 Ängströmeinheiten je Sekunde auf einen Grundkörper aufgedampft werden und dünne Schichten eines dielektrischen Materials, z. B. Manganfluorür, Magnesiumfluorid, SiIiziummonoxyd oder Siliziumdioxyd, unter Vakuum mit einer Geschwindigkeit von mindestens 100 Ängströmeinheiten je Sekunde auf die aufeinanderfolgenden dünnen Metallschichten bzw. den Grundkörper aufgedampft werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren der dünnen Schichten aus dielektrischem Material mit einem zweiten dielektrischen Material, z. B. Kryolith oder Zinksulfid, von einer größeren Oberflächenbeweglichkeit als das dielektrische Material der erwähnten dünnen Dielektrikumschichten ausgefüllt werden.
3. 3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum unter einem 10—⁵ mm Quecksilbersäule betragenden Wert liegt.
4. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper auf einer Temperatur von _ etwa 150⁰ gehalten wird.
5. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit sowohl für das leitende Metall als auch für das Dielektrikum zwischen 500 bis 1000 Ängströmeinheiten je Sekunde liegt.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden An-Sprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von unter Unterdruck stehenden Verdampfungskammern für das Aufbringen dünner Metallschichten auf dielektrisches Material, eine Vielzahl von unter Unterdruck stehenden Verdampfungskammern für das Aufbringen dünner Dielektrikumschichten auf leitendes Material, eine Vielzahl von Steuerkammern für das Prüfen und Steuern der Dicke der aufgebrachten Metallbzw. Dielektrikumschichten und Mittel für das Durchführen des Grundkörpers in Aufeinanderfolge durch eine Metallverdampfungskammer, eine Metalldickesteuerkammer, eine Dielektrikumverdampfungskammer und eine Dielektrikumdickesteuerkammer.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Metalldickesteuerkammer in Abstand voneinander angeordnete Rollenkontaktorgane aufweist, die auf der Metallschicht zur Feststellung etwaiger Unebenheiten aufliegen, und eine Hilfseinrichtung vorgesehen ist, die auf Unebenheiten der Metallschicht zur Steuerung der Verdampfungsgeschwindigkeit des Metalls anspricht.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dielektrikumdickesteuerkammer elektrooptische Mittel zur Feststellung von Unebenheiten in der Dielektrikumschicht aufweist und eine Hilfseinrichtung vorgesehen ist, die auf jede Unebenheit der Dielektrikumschicht zur Steuerung der Verdampfungsgeschwindigkeit des Dielektrikums anspricht.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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