NO164127B - Ovn for toerking av toemmer. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av kornlag spesielt egnet for bruk i et halvledende elektrodesystem.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for

å fremstille et kornlag, fortrinnsvis med en tykkelse på ett korn og bundet sammen ved hjelp av et bindemiddel, og hvor deler av kornene på minst en side av nevnte kornlag ikke er dekket med bindemiddel, spesielt egnet for fremstilling av et elektrodesystem, for eksempel et semiledende elektrodesystem. I sistnevnte system kan man anvende et korn som helt eller delvis består av et semiledende materiale.

Elektrodesystemet som innbefatter kornlag av ovennevnte type, kan blant annet brukes i detektorer for enten partikkel-eller elektromagnetisk stråling, for eksempel i foto-dioder og foto-motstander hvor nevnte stråling treffer et fotofølsomt lag og der frembringer spenningsforskjeller eller impedansvariasjoner, som oppsamles ved hjelp av elektroder, som er plasert på laget. Liknende elektrodesystemer kan også brukes for å omdanne strålingsenergi til elektrisk energi, blant annet i såkalte solbatterier.

Et annet felt for anvendelse av anordninger ifølge foreliggende oppfinnelse, er omdannelse av elektrisk energi til strålingsenergi, noe som for eksempel kan utføres ved å rekombinere stråling i p-n-bindinger i semiledere ved hjelp av elektroluminisens osv.

I overensstemmelse med en tidligere fremgangsmåte så kan kornlag med i alt vesentlig et korns tykkelse fordelaktig brukes i alle disse tilfeller, ettersom man unngår en gjensidig kontaktmotstand mellom kornene, og dessuten er effekten så gunstig som overhodet mulig, noe som skyldes at det ikke finnes korn som helt eller delvis er skjermet mot stråling av andre korn. Meget gunstig er også forholdet (vekt og materialforbruk)/ aktiv overflate.

Både i dette tilfellet og i tilfeller hvor lagtykkelsen er større, for eksempel av flere korndiametre, så er det å fore-trekke, blant annet for å oppnå nevnte tynne lag av korn, at kornene og binderaidlet legges på et bærelag, noe som også gir større mekanisk styrke.

I mange tilfeller kan det være nødvendig å ha et elektrodelag som er i elektrisk kontakt med kornene på samme side som bærelaget. Dette kan for eksempel oppnås ved å bruke et bærelag, som er elektrisk ledende, i det minste på den del av overflaten som skal dekkes med kornlaget. Det er naturligvis vesentlig i denne forbindelse at kornoverflatene inn mot bærelaget i det minste delvis ikke er dekket av bindemiddel. I praksis viser dette seg ofte å være vanskelig, noe som blant annet skyldes at en film av bindemidlet meget lett kan dannes mellom bærelaget og kornene, og denne film er vanskelig å fjerne og kan lett forårsake at det oppstår høy og/eller ustabil kontaktmotstand.

Det er en av hensiktene ved foreliggende oppfinnelse

å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hvilken overflatedeler av kornene ikke blir dekket med bindemiddel på samme side som bærelaget og kan kontaktes hvis dette er ønskelig, og hvor nevnte fremgangsmåte også kan anvendes overfor korn med mindre dimensjoner, f.eks. korn eller granulater med en diameter mindre enn 100 ^um eller endog mindre enn 50 <y>um.

Oppfinnelsen vedrører altså en fremgangsmåte til fremstilling av en elektrisk virksom innretning med et fortrinnsvis korntett kornsjiktsom henger sammen ved hjelp av en binder og hvor på minst en side overflatedeler av korn ligger fri for binder, spesielt for fremstilling av et elektrodesystem, f.eks. et halvledende elektrodesystem, karakterisert ved at på en bærer anbringes et flytende klebesjikt hvori kornene er senket ned en del av deres diameter, hvoretter den mellom kornene anbragte binder herdnes og kornsjiktet som inneholder binderen fjernes fullstendig fra klebesjiktet, f.eks. ved selektiv løsning, hvorved overflatedeler av kornene frilegges.

En stor fordel ved foreliggende fremgangsmåte er blant annet at man i en operasjon utfører de to prosesser som er nødvendig for å få en tilfredsstillende kontakt, nemlig både avrivingen av kornlagene fra bæreflaten samt å frigjøre deler av kornene fra bindemiddel på den side som har ligget ned mot bæreflaten. Hvis det er nødvendig, kan man pålegge et elektrodelag på nevnte side av kornlaget, hvorved det dannes en stabil kontakt med lav kontaktmotstand.

Når det gjelder materialer som kan brukes i det klebende lag og bindemidlet, så kan en lang rekke materialer eller material-kombinasjoner brukes. Det kan i denne forbindelse bemerkes at det ikke stilles strenge krav til styrken i nevnte sammenklebende lag. Det er tilstrekkelig at kornene temporært holdes på plass av det klebende lag og ikke rives ut av dette når bindemidlet tilveiebringes.

Både når det gjelder egenskapene og materialet, så kan det klebende lag være av forskjellig natur. Man kan for eksempel anvende et flytende eller et viskøst klebende lag over hvilket et bindemiddel legges. Det brukes fortrinnsvis et herdbart klebende lag, og i dette tilfellet herdes det klebende lag før bindemidlet tilsettes. Herding av det klebende lag betyr i denne forbindelse at man oppnår et lag med en hardhet eller viskositet, som er større enn det bindemidlet har i ikke-herdet tilstand. Dette hindrer at bindemidlet i flytende tilstand fortrenger det klebende lag. Herding kan utføres på forskjellige måter, for eksempel ved polymerisasjon, polykondensasjon eller fordampning av et løsningsmiddel.

Den selektive fjerning av det klebende lag kan utføres på forskjellig måte, blant annet ved å bruke et klebende lag av et lett flyktig materiale, eller et. klebende lag som er selektivt løse-lig i egnede løsningsmidler, for eksempel i vann. Det klebende lag tilveiebringes fortrinnsvis i form av en gel. En slik gel er bygget opp av en gelatinert forbindelse i form av et væskeholdig skjelett. Bruken av en gel som det klebende lag, har således den fordel at væsken fra det klebende lag, som ved hjelp av kapillærkrefter kan krype ut over de korndeler som stikker opp av det klebende lag, i alt vesentlig ikke inneholder den gelatinerte forbindelse og følge-lig ikke etterlater noe residum på nevnte korndeler under fordampning. Som et resultat av dette, vil bindemidlet etterpå klebe bedre til kornoverflaten, noe som øker styrken i kornlaget. En slik gel kan for eksempel fremstilles ved å gelatinere polysakkarider med

høy molekylvekt i vann, for eksempel stivelse, gummiarabikum o.l.

Gelatin ér en meget egnet gel i så henseende. Gelatin kan således meget lett pålegges et bærelag i homogen form og er

lett å fjerne med varmt vann.

For lettere å kunne behandle kornlaget med bindemidlet etterat det er fjernet fra bærelaget, så kan den siden av kornlaget som ligger vekk fra bærelaget, belegges med et relativt fleksibelt lag av et syntetisk materiale, som så herdes før man selektivt fjerner det klebende lag. Nevnte lag av syntetisk materiale kan permanent forbli bundet til kornlaget som et bærelag, eller det kan sammenbinde kornlaget med en permanent bæreplate, hvis dette er ønskelig. Hvis kornlaget skal pålegges et elektrodelag på samme side som det permanente lag av syntetisk materiale, så må nevnte elektrodelag naturligvis pålegges først.

Fortrinnsvis anvender man et klebende lag hvis tykkelse er mindre enn halvparten og fortrinnsvis mindre enn en femtedel av middeldlameteren på kornene. På denne måte sikrer man at meste-parten av kornene stikker opp fra det klebende lag, slik at de bedre kommer 1 kontakt med bindemidlet, noe som øker stivheten. Videre blir korntoppene omtrent plasert i et plan, noe som resulterer i et relativt regelmessig lag, og dette sikrer en bedre kontakt med et elektrodelag, hvis dette er ønskelig.

For å akselerere den selektive oppløsning av det klebende lag, er det ønskelig at kornlaget tas vekk fra bærelaget så raskt som mulig. For dette formål kan man plasere et intermediært lag på bærelaget før man plaserer det klebende lag, og dette intermediære lag nedsetter sammenklebningen mellom bærelaget og det klebende lag og/eller fremmer gjennomtrengningen av et løsnings-middel som skal brukes mellom det bærende lag og bærelaget. Nevnte intermediære lag kan for eksempel bestå av en overflateaktiv forbindelse som i seg ælv ikke trenger å være oppløselig i det løsnings-middel som brukes. Som det vil bli vist nedenfor, kan et intermediært lag av nitrocellulose fordelaktig brukes, og da spesielt sammen med gelatin.som et klebende lag. Lesitin kan brukes som et intermediært lag, for eksempel sammen med et klebende lag som inneholder sakkarose og/eller glukose.

Bruken av et klebende lag er spesielt fordelaktig,

hvis man anvender korn hvis kjerne består av et materiale og hvor ytterlaget består av et annet materiale.

I dette tilfellet kan kjernen og ytterlaget bestå av forskjellige bestanddeler, for eksempel forskjellige semiledende forbindelser. Alternativt kan kjernen og ytterlaget bygges opp av samme hovedbestandael, men som et resultat av forskjellig im-pregnering kan de ha forskjellige ledningsegenskaper. Spesielt viktig er for eksempel bruken av semiledende korn hvis ytterlag danner en p-n-forbindelse med kjernen. Ifølge en foretrukken ut-førelse av oppfinnelsen, underkastes slike korn en etsing etterat det klebende lag er herdet, noe som fører til at ytterlaget fjernes fra de deler av kornene som stikker opp av nevnte klebende lag, mens de deler av kornene som er nedsunket i det klebende lag beskyttes av dette mot etsingen. Deretter pålegges bindemidlet. På denne måte oppnås et kornlag hvis tykkelse er et korn og hvor det klebende lag bare inneslutter de ikke-etsede deler av kornene, mens bindemidlet dekker de etsede deler av kornene.

Etterat det klebende lag selektivt er fjernet, oppnås et kornlag hvor, på den ene side av bindemidlet, de gjenværende deler av ytterlaget er tilgjengelig for kontakt, og hvor på den side som er vendt bort fra bæreren av kornlaget, hvis nødvendig de korndeler som hører til kjernen kan befris for bindemiddel, for eksempel ved sliping. Hvis man deretter pålegger kornlaget et elektrodelag på begge sider, så vil det ikke være fare for kortslutning mellom kjernen og ytterlaget gjennom en av elektrpdelagene.

Istedenfor et bærelag kan man alternativt bruke to motsatt plaserte bærelag som begge er utstyrt med et klebende lag. Fordelen ved dette er at man ved å anvende ovennevnte fremgangsmåte på begge sider av kornlaget, kan oppnå et selvbærende kornlag med bindemiddel, hvor kornene kan kontaktes på begge sider.

Oppfinnelsen innbefatter videre et kornlag med et binde--middel, fremstilt ved å bruke en eller flere av de ovennevnte fremgangsmåter, samt et elektrodesystem som innbefatter et slikt kornlag.

For at oppfinnelsen lettere skal kunne forstås, vil visse utførelser nå bli beskrevet mer detaljert ved hjelp av eksempler, samt med henvisning til de vedlagte tegninger hvor: fig. 1 er et tverrsnitt av en del av et solbatteri, fremstilt ved å bruke fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, og som består av et lag av semiledende korn med bindelag mellom to elektrodelag.

Fig. 2 til 4 er tverrsnitt av solbatteriet på fig. 1

på forskjellige fremstillingstrinn, og

fig. 5 til 7 er tverrsnitt av et annet solbatteri på forskjellige fremstillingstrinn. Dette solbatteriet er også fremstilt ved å bruke fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse og ved å bruke semiledende korn med en p-n-forbindelse.

Den første utførelse av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse for fremstilling av et solbatteri, vil nå bli beskrevet med henvisning til fig. 1 til 4«

Fig. 1 er et tverrsnitt av en del av et solbatteri som innbefatter et kornlag med en tykkelse på et korn. Solbatteriet består av semiledende korn 1, for eksempel kadmiumsulfid av n-typen, hvor kornenes middeldiameter er 30 /um» og hvor kornene er holdt på plass ved hjelp av et bindemiddel 2. I denne utførelse er kornenes overflatedeler 3 °£ 7 på begge sider av kornlaget fri fra bindemidlet 2. Overflatedelen 3 er dekket av et elektrodelag 10 som har en vesentlig ohmsk kontaktflate med kornene 1, mens overflatedelene 7 er dekket med et strålings-gjennomtrengelig elektrodelag 8, som utgjør en ensrettende kontakt med kornene 1. Stråling som trenger gjennom elektrodelag 8, kan forårsake en spenningsforskjell over nevnte ensrettende kontakt, og denne spenningsforskjell kan oppsamles ved hjelp av elektrodene 8 og 10. Solbatteriet kan for eksempel fremstilles på følgende måte. På et strålings-gjennomtrengelig bærelag 4 (fig*/ 2) for eksempel av glass, kan det først pålegges et par ^um tykt intermediært lag 6 av nitrpcellulose, for eksempel ved å dyppe bærelaget 4 i en løsning av 10% nitrocellulose i butylacetat, hvoretter løsningsmidlet fordampes. Nevnte lag 6 pålegges deretter et klebende lag 5« ca. 5 /um tykt og bestående av gelatin. Dette kan utføres ved å dyppe bærelaget 4 i en løsning av 15% gelatin i vann ved en temperatur på ca. 40°C, hvoretter bærelaget trekkes ut av løsningen.

Kadmiumsulfidkornene 1 senkes deretter ned i nevnte gelatinlag 5 mens dette enda er flytende, hvoretter gelatinlaget 5 tørkes, mens de korn som ikke henger fast på bærelaget 4> fjernes. Kornlaget dekkes deretter med et lag (2, 11) bestående av en foto-kjemisk forbindelse, som har den egenskap at den blir uløselig i en fremkaller ved stråling, men forblir løselig i ikke-bestraåt tilstand, Slike forbindelser er kjent under navnet "negativ dekk-lakk". I dette eksempel anvender man en negativ fotodekklakk, som kommersielt er tilgjengelig under navnet "Kodak Photo Resist"

(K.P.R.). Ifølge en tidligere fremgangsmåte eksponeres laget (2, 11) gjennom bærelaget 4* Varigheten og intensiteten på be-strålingen velges slik at delene 2 av den eksponerte fotodekklakk mellom kornene blir uløselig. På grunn av den sterke strålings-absorpsjon i kornene 1, kan man fremkalle delene 11 av fotodekklakken som ligger over kornene og som på fig. 2 er angitt ved stiplede linjer. Ved hjelp av en fremkallingsprosess kan delene 11 av fotodekklakken fjernes, mens delene 2 blir tilbake mellom kornene 1 som et bindemiddel.

De frigjorte overflatedeler 7 av kornene 1 belegges deretter (se fig. 3) ved hjelp av dampavsetning, med et transparent elektrodelag 8 bestående av kobber med en tykkelse på ca. 100 Å. Dette kobberlag 8 danner en ensrettende kontakt med kadmiumsulfidkornene 1. For å avstive systemet plaseres et strålingsgjennom-trengelig lag 9 av et herdbart syntetisk materiale, for eksempel en epoksyharpiks, med en tykkelse på ca. 200 <y>um, over nevnte elektrodelag 8, mens en del av laget ikke dekkes for å kunne oppnå en kontakt (se fig. 1). Etterat nevnte lag 9 er herdet, fjernes det klebende lag 5 av gelatin ved selektiv oppløsning i vann (se fig. 4). Gelatinlaget 5 er lett å rive løs fra det intermediære nitrocelluloselag 6, og oppløses deretter meget raskt. De frigjorte overflatedeler 3 av kornene pålegges deretter et elektrodelag 10 bestående av indium ved hjelp av dampavsetning (se fig. 1). Nevnte indiumlag utgjør en vesentlig ohmsk kontakt med kadmiumsulfidkornene 1, og har en tykkelse på ca. 0,3 <y>um.

Istedenfor gelatinlaget 5 som ble brukt til denne ut-førelse, kan man anvende andre klebende lag. Man kan for eksempel bruke et lag bestående av en sirupløsning av et eller flere vann-løselige sakkarider, for eksempel en løsning av 100 g sakkarose og 10 g glukose i 50 ml vann. Denne løsning tilsettes ca. 0,3 g av en fuktende forbindelse på basis av forestrede sulfonerte fett-syrer. Løsningen pålegges bærelaget som en sirup og tørkes deretter. For å lette den påfølgende avriving fra kornlaget, kan bære-

laget dekkes med et tynt lag av en overflateaktiv forbindelse,

for eksempel lesitin.

En annen mulighet for anvendelse av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet med henvisning til fig. 5 ti1 7- 1 dette eksempel (se fig. 5) anvendes semiledende korn (21, 22) bestående av en kjerne 21, for eksempel av ledende materiale av n-typen omgitt av et ytterlag 22 bestående av et p-typemateriale, slik at det dannes en p-n forbindelse 23 mellom kjernen 21 og ytterlaget 22.

Fremstillingen kan for eksempel utføres på følgende måte: På et bærelag 24 (se fig. 5) pålegges et flytende klebende lag 25. Kornene (21, 22) nedsenkes i nevnte flytende klebende lag 25, som deretter herdes. Ytterlaget 22 etses deretter bort fra de deler av kornene som stikker opp av det klebende lag (se fig. 4)j slik at man oppnår frie overflatedeler 26 som tilhører kjernen 21 foruten at p-n forbindelsen 23 kommer tilsyne i overflaten. Et bindemiddel 27 som kan herdes, pålegges deretter det klebende lag og de frie overflatedeler (21, 22) av kornene. Etterat bindemidlet 27 er herdet, fjernes det klebende lag 25 ved selektiv oppløsning (fig. 7)» noe som resulterer i at man oppnår de frie overflatedeler 28 som tilhører laget 22. p-n forbindelsen 23 forblir dekket av bindemidlet 27. Deretter pålegges de frie overflatedeler 28 av kornene (21, 22) med et elektrodelag 29, hvorved det oppnås en vesentlig ohmsk kontakt med nevnte overflate-parti 28. De fire overflatedeler 30 tilhørende kjernen 21 oppnås deretter på den motsatte side av kornlaget, for eksempel ved å slipe bindemidlet 27• Et annet elektrodelag Jl pålegges deretter bindemidlet 27 og overflatedelene }' 0, noe 30m skaper en vesentlig ohmsk kontakt mellom elektrodelaget og overflatedelane 30*

Når elektrodelaget 29 kan slippe gjennom totråling,

så oppnår man et solbatteri hvor nevnte stråling frembringer en spenningsforskjell over p-n forbindelsen 23 som kan oppsamles av elektrodelagene 29 og 31* På denne måte kan man også få fremstilt et elektroluminiserende felt, hvor p-n bindingen 23 polariseres over elektrodelagene 29 og 31 i gjennomgangsretningen, hvorved det i nærheten av bindingen 23 dannes en injeksjons-rekombinasjons-stråling, som kan trenge ut gjennom elektrodelaget 29.

I dette eksempel kan man for eksempel anvende korn bestående av CdTe av n-typen omgitt av et p-typéledende lag 22, noe som kan oppnås ved for eksempel indiffusjon av fosfor ifølge fremgangsmåter som vanlig brukes i semiléderteknologien. Som materiale for det klebende lag 25 kan man for eksempel anvende polystyren eller polymetylmetakrylat, som er løselig i aromatiske forbindelser som benzen og toluen, mens konsentrert kaliumhydroksyd-løsning kan brukes som etsende forbindelse, overfor hvilken polystyren og polymetylmetakrylat er resistent. Som et bindemiddel 27 kan man da bruke en epoksyharpiks, som er resistent overfor aromatiske løsningsmidler som benzen og toluen.

Det skulle være klart at oppfinnelsen ikke er begrenset til de eksempler som er beskrevet, men at den også kan anvendes for en lang rekke andre formål, foruten at man kan anvende en lang rekke forskjellige typer materiale. Særlig kan det klebende lag bestå av mange andre typer materiale enn de som er nevnt her, så lange som de kan tilveiebringes på et bærelag i en flytende eller sirupsaktig tilstand og selektivt kan fjernes ved oppløsning eller på en annen måte, uten at kornene eller bindemidlet angripes. I hvert enkelt tilfelle vil en fagmann kunne velge materialer som står til hverandre i så henseende.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av en elektrisk virksom innretning med et fortrinnsvis korntett kornsjikt, som henger sammen ved hjelp av en binder og hvor på minst en side overflatedeler av korn ligger fritt for binder, spesielt for fremstilling av et elektrodesystem, f.eks. et halvledende elektrodesystem, karakterisert ved at på en bærer påføres et flytende klebesjikt hvori kornene senkes med en del av deres diameter, hvoretter den mellom kornene anbragte binder herdnes og kornsjiktet som inneholder binderen fjernes fullstendig fra klebesjiktet. f.eks. ved selektiv løsning, hvorved overflatedeler av kornene frilegges.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det klebende lag herdes før bindemidlet tilsettes.

3« Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det klebende lag består av en gel.

4« Fremgangsmåte ifølge krav 3»karakterisert ved at det klebende lag består av gelatin.

5- Fremgangsmåte ifølge ethvert av de forannevnte krav, karakterisert ved at det på bærelaget tilveiebringes et intermediært lag før det klebende lag pålegges, og hvor nevnte intermediære lag nedsetter tilklebningen med bærelaget og det klebende lag og/eller fremmer gjennomtrengningen av det løsnings-middel som skal brukes mellom det klebende lag og bærelaget.

6. Fremgangsmåte ifølge kravene 4 og 5»karakterisert ved at det intermediære lag består av nitrocellulose.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det intermediære lag består av lesitin på hvilket det pålegges et klebende lag ved å anvende en løsning bebtående av sakkarose og glykose i vann, hvoretter nevnte løsning tørkes.

8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de forannevnte krav, karakterisert ved at kornlaget med bindemiddel på den side som ligger lengst vekk fra bæreflaten, pålegges med et fortrinnsvis fleksibelt lag av et syntetisk materiale som herdes før man selektivt fjerner det klebende lag.

9. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de forannevnte krav, karakterisert ved at man anvender et klebende lag hvis tykkelse er mindre enn halvparten og fortrinnsvis mindre enn en femtedel av kornenes middeldiameter.

10. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de forannevnte krav, karakterisert ved at man anvender korn som består av en kjerne av et materiale og et ytterlag av et annet materiale, og at kornene etter herding av det klebende lag underkastes en etsing, ved hvilken ytterlaget fjernes fra de deler av kornene som stikker opp av det klebende lag, mens de deler av kornene som er sunket ned i det klebende lag beskyttes mot nevnte etsing, hvoretter bindemidlet pålegges.

11. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 7, 9 og 10, karakterisert ved at et annet bærelag likeledes utstyrt med et klebende lag, pålegges den side av kornlaget som ligger lengst vekk fra førstnevnte bærelag.

12. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de forannevnte krav for fremstilling av et elektrodesystem, spesielt et semiledende elektrodesystem, karakterisert ved at man etter å ha fjernet det eller de klebende lag, tilveiebringer elektrodelag på de frie overflatedeler av kornene.