DE1665236A1 - Stable resistance layer made of NiCr - Google Patents
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Description
IDD0^JÖ PHN, t492 IDD0 ^ JÖ PHN, t492
JW/ilRJW / ilR
N. V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABfOEKEN, SINDHOVEN / HOULANON. V. PHILIPS 'GLOEILAMPENFABfOEKEN, SINDHOVEN / HOULANO
"Stabile Widerstandsschicht aus NiCr1*"Stable resistance layer made of NiCr 1 *
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nur Herstellung eines aus einer dünner Nickelohromaohicht bestehenden Widerstandes durch Aufdampfen im Vakuum.The invention relates to a method only of producing a resistor consisting of a thin nickel ohroma layer by vapor deposition in a vacuum.
Derartige Widerstände können in Miniaturachaltungen verwendet werden. Bei der Verwendung zu diesem Zweck ist es erwünscht, dass die Widerstände einen niedrigen Temperaturkoeffizienten und eine grosee Stabilität, auch bei höherer Umgebungstemperatur , besitzen. Weiter ist es erwünscht, dass, wenn nach dem Auftragen des Widerstandsmaterial auf den Träger Λβη· derungen im Widerstandswert von nicht revereibelen Art auftreten, *.B. während einer Wärmebehandlung zur thermischen Stabilisierung, diese wanderung reproduzierbar ist.Such resistors can be used in miniature configurations. When used for this purpose, it is desirable that the resistors have a low temperature coefficient and great stability, even at higher ambient temperatures. Further, it is desirable that if after applying the resistor material to the carrier Λβη Changes in the resistance value of a non-reversible kind occur, * .B. During a heat treatment for thermal stabilization, this migration is reproducible.
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PHM. 1AQ2PHM. 1AQ2
In allgemeinen werden Nickelchromwiderstände dadurch hergestellt, dass eine NickeIchromlegierung (80 - 20) im Vakuum mit einem Restgasdruck von ΙΟ"5 mm Hg verdampft wird und sich der gebildete Dsrapf auf einem Träger niederschlägt, wobei sich der Träger auf einer Temperatur von etwa 3OC0C befindet. Hachdem ein gewisser Widerstandswert erreicht ist, wird da3 Aufdampfen eingestellt. Die auf diese Weise erhaltenen Schichten weisen im allgemeinen eine noch ungenügende thermische Stabilität auf. In der Praxis werden diese Widerstandsschichten daher noch einige Zeit an der Luft erhitzt, z.B, auf etwa 30O0C. führend dieser Erhitzung finden vermutlich Oxydation.s- und Rekristallisationsprozesse in der Widerstandsschicht statt. Dadurch tritt eine bleibende, sich allmählich verringernde Aenderung im Widerstandswert auf,wodurch schliesslich eine gewünschte Stabilität erhalten wird. Für diese Widerstandsänderung bei der Stabilisierung gilt im allgemeinen: je grosser der Schichtwiderstand, d.h. je dünner die Widerstandsschicht ist, umso stärker ist der Widerataridaverlauf bei der Stabilisierung durch Erhitzung. Es stellt sich in der Praxis heraus, dass dies auf eine schlecht reproduzierbare und somit nicht gut vorherzusagende Weise erfolgt.In general nichrome resistors are prepared by a NickeIchromlegierung (80 - 20) is evaporated in vacuum with a residual gas pressure of ΙΟ "5 mm Hg and the Dsrapf formed is deposited on a carrier, wherein the carrier at a temperature of about 3oC 0 C After a certain resistance value has been reached, vapor deposition is stopped. The layers obtained in this way generally still have insufficient thermal stability. In practice, these resistance layers are therefore heated in air for some time, for example to about 30 ° 0 C. This heating is likely to lead to oxidation and recrystallization processes in the resistance layer. This results in a permanent, gradually decreasing change in the resistance value, which ultimately results in the desired stability. The following generally applies to this change in resistance during stabilization: the greater the sheet resistance, ie j The thinner the resistance layer, the stronger the counter-tartaride course when stabilized by heating. It turns out in practice that this is done in a way that is difficult to reproduce and therefore not easy to predict.
Dadurch ist es schwer Miniaturschaltungen in Massenfertigung herzustellen, in denen die Widerstände ziemlich engen Toleranzen entsprechen, und z.B. zwischen +, 3% des 3ollw«rtes liegen.This makes it difficult to mass-produce miniature circuits in which the resistances correspond to fairly tight tolerances and, for example, are between +, 3% of the nominal value.
Der Verlauf des Schichtwiderstandes bei der thermischen Stabilisierung an der Luft setzt auch der Qröese de· Schichtwideret and* a eine praktische Grenze. Au· der Literatur geht *,B.· herwr, dass dieser Widerstand auch au· diesem Gründe nicht grosser al· 200 bis 3OO Ohm pro Quadrat gewählt wird·The course of the sheet resistance during thermal stabilization in air also sets a practical limit for the quality of the layer resistance. From the literature, *, B. al 200 to 3OO ohms per square is chosen
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PHN. 1492PHN. 1492
Die Erfindung bezweckt nun die Herstellung von Widerständen, die aus einer dünnen Nickelchromschicht auf einem Träger bestehen durch Aufdampfen im Vakuum, und deren Widerstandawert sich bei einer thermischen Behandlung an der Luft zwecke Stabilisierung relativ wenig ändert.The invention now aims at the production of resistors, which consist of a thin nickel chromium layer on a carrier by vapor deposition in a vacuum, and their resistance value thermal treatment in air for the purpose of stabilization relatively little changes.
Dieser Zweck wird dadurch erreicht, dass eine Siekelchromschicht in einem treten Schritt in einer Sauer.stoffatmosphäre mit einem Druck in der Grössonordnung von 10 J mm Eg auf einer Träger aufgedampft wird, bis der gewünschte Schichtwiderstand erreicht ist, wonach in einem zweiten Schritt Sauerstoff bis zu einem Druck in der Gröesenordnung von 10~ mm Hg zugelassen und das Aufdampfen des Nickelchroms noch einige Eeit fortgesetzt wird, wobei sich der Widfi-yätandswi■-..* i der aufgedampften Schicht nicht ändert*This purpose is achieved in that a sealing chrome layer is vapor-deposited in one step in an Sauer.stoffatmosphäre with a pressure in the order of 10 J mm Eg on a carrier until the desired sheet resistance is reached, after which in a second step oxygen up to a pressure in the order of magnitude of 10 ~ mm Hg and the vapor deposition of the nickel chrome is continued for some time, the widfi-yätandswi ■ - .. * i of the vapor-deposited layer does not change *
Dip Sauers lof .'a '.Bv.-.i h'-νε- tx*·.- -.i/nom Drue'. I: >]■-.■" 'i^ossenordrung von ΙΟ"'1 mn Hg kann 2.B. f;:io-..rch erhui -.c-a p*-,tl·; ^ dass der Re3tga.3druck im Raum» in dom die Widerstandes ;iia übten angebracht werden, bis auf einen Druck in der Qroesenordnunf von 10~ mm Hg oder weniger, reduziert und danach Sauerstoff in den Raum eingelaseen wird, bis ein Briack in der Grössenordnung von 10 mm Rg erreicht istä Während des Aufdampfens des Hickelchrom« findet bereits eins gewiss;· Oxydation statt, Ee empfiehlt sich deshalb während dea Aufdampfens ständig Saaweioff ^uzulasaen, tianit der Druck in der Srossonorünung von 10 " an Hg ΐ-eibehalfcer wird. Dadurch wird gewährleistet» daee die Widerst&ndsaäiißht einen möglichst konstanten S iuerstoffgehalt enthält. Nachdem der gewünschte Widerstand erreicht ist, wird mehr Sauerstoff zugelassen und zwar in sclciipm Masse, dass bei fortgesetztemDip Sauers lof .'a '.Bv .-. I h'-νε- tx * · .- -.i / nom Drue'. I:>] ■ -. ■ "'i ^ ossenordrung ΙΟ"' 1 mn Hg can 2.B. f ; : io - .. rch erhui -.ca p * -, tl ·; ^ that the re3tga.3pressure in the room should be applied to a pressure in the range of 10 mm Hg or less, and then oxygen is blown into the room until a bridge of the order of magnitude is reached reaches 10 mm Rg etc. while the vapor deposition of Hickelchrom "already one will certainly · oxidation takes, so Ee recommended constantly during dea evaporation Saaweioff ^ uzulasaen, the pressure tianit in Srossonorünung of 10" Hg ΐ-eibehalfcer is. This ensures that the resistance contains an oxygen content that is as constant as possible
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
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Aufdampfen von Nickelchrom keine Aenderung im Wideretandswert der bei einem Druck in der Grössenordnung von 10 mm Hg an Sauerstoff aufgedampften Schicht mehr eintritt.Vapor deposition of nickel chrome does not change the resistance value at a pressure of the order of 10 mm Hg Oxygen vapor-deposited layer enters more.
Ee stellt sich in der Praxie heraus, dass dieser Druck von der Grössenordnung von 10 mm Hg ist. Auch bei diesem zweiten Schritt erweist ee sich als empfehlenswert, den Druck durch etändigee Zulassen von Sauerstoff in den Aufdampfraum beizubehalten«Ee turns out in practice that this pressure is on the order of 10 mm Hg. In this second step, too, it is advisable to apply the pressure to maintain constant admission of oxygen into the evaporation room "
Die Stärke der oxidischen Deckschicht auf der Wideretand·- schicht ist vom Masse des Schuttes, von der thermischen Stabili-. tat, die man erreichen will und von der Möglichkeit der Kontaktierung und Aetzbarkeit abhängig*The strength of the oxidic top layer on the resistor - layer is from the mass of the rubble, from the thermal stability. act that one wants to achieve and depends on the possibility of contact and etchability *
Die erforderliche Gesamtzeit zum Aufdampfen der Widerstands« schicht und der Deckschicht hängt von einer Anzahl geometrischer Faktoren, wie z.B. dem Abstand zwischen der Aufdampfquelle und dem bedampfenden Substrat ab und lässt sich von Fall zu Fall auf einfache Weise bestimmen.The total time required to vaporize the resistor " layer and the top layer depends on a number of geometric factors, such as the distance between the evaporation source and the vaporized substrate and can be easily determined from case to case.
An Hand des nachstehenden Ausfuhrungsbeispiels und der beigelegten Abbildung, die den Hau eines Widerstandes nach der Erfindung schematisch darstellt, wird eine Ausführungsfore des erfindungsgemäsyan Verfahrene näher erörtert.On the basis of the following exemplary embodiment and the accompanying figure, which schematically shows the Hau of a resistor according to the invention, a Ausführungsfore is the Processes according to the invention are discussed in more detail.
In einer Vakuumglocke mit einer Halterung für die zu bedampfenden Gegenstände, einer Aufdampfquelle, die aus einer Folie einer Nickelchromlegierung (80 ι 20) besteht und durch elektrischen Stromdurchgang erhitzbar ist, mit einer Oeffnung, durch die der Raum evakuiert werden kann, einem Einlass für Sauerstoff und mit Vorrichtungen zur Erhitzung der zu bedampfenden Substrate, werden eine Anzahl Glasplatten mit Nickelchrom bedampft. Bine derIn a vacuum bell jar with a holder for the objects to be vaporized, a vapor deposition source made from a film a nickel chromium alloy (80 ι 20) and can be heated by electrical current passage, with an opening through which the room can be evacuated, an inlet for oxygen and devices for heating the substrates to be vaporized, a number of glass plates are vapor-coated with nickel chrome. Bine the
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Glasplatten ist zuvor mit Metalikontakten versehent die derart in einen elektrischen Kreis geschaltet sind, dass der Wert des Schichtwiderstandes während des Aufdampfens kontrollierbar ist· Nachdem ein Druck von 1G* mm HG im Vakuumraum erreicht let, wird Sauerstoff bis zu einem Druck von 1 bis 2, lo" ram Hg zugelassen. Die Glasplatten werden durch Strahlungserwärmung bis auf eine Temperatur von ungefähr 300°C erhitzt und es wird Nickelchrom aufgedampft bis der gewünschte Widerstand erreicht ist. Danach wird ohne Unterbrechung des Aufdampfens mehr Sauerstoff zugelassen» bis der Druck z.B. 0,6 bis 0,7· 10 mm Hg beträgt. Dieser Druck 1st derart zu wählen« dass sich der Wert des Schichtwideretandes während des fortgesetzten Aufdampfens von Nlckelchroa nicht mehr ändert.Glass plates is previously provided with Metalikontakten t which are so connected in an electrical circuit, that the value of the sheet resistance is controlled during vapor deposition · After a pressure of 1G * let mm HG achieved in the vacuum space, oxygen is up to a pressure 1-2 , lo "ram Hg. The glass plates are heated by radiation heating to a temperature of about 300 ° C and nickel-chromium is vapor-deposited until the desired resistance is reached. Thereafter, more oxygen is permitted without interrupting the vapor-deposition until the pressure is 0, 6 to 0.7 · 10 mm Hg. This pressure is to be chosen in such a way that the value of the layer resistance no longer changes during the continued vapor deposition of the chrome.
Nach gewisser Zeit, in diesem Fell zwei Minuten, wird das Aufdampfen eingestellt.After a certain amount of time, in this skin for two minutes, it will Evaporation stopped.
Als Mass für die erhöhte Stabilität dieser Widerstandsschichten nach der Erfindung sind in die untenstehende Tabelle einige repräsentative Werte der Widerstandsänderung aufgenommen! wenn die Widerstandsschichten z.B. 24 Stunden bei 2000C erhitzt werden.As a measure of the increased stability of these resistance layers according to the invention, some representative values of the change in resistance are included in the table below! if the resistance layers are heated at 200 ° C., for example, for 24 hours.
In der ersten Spalte, R , ist der Widerstand pro Quadrat der Widerstancissohichten angegebenf in der nächsten Spalte 1st angegeben, ob eine oxidische Deckschicht, wie diese nach der Erfindung beschrieben wurde, angebracht wurde) die letzte Spalt· bezeichnet schlieselich die Widerstandsänderung nach 24 Stunden Erhitzung bei 2000C an der Luft.In the first column, R, the resistance per square of the resistance layers is givenf in the next column it is given whether an oxidic cover layer, as described according to the invention, was applied) the last gap finally denotes the change in resistance after 24 hours of heating at 200 ° C. in air.
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PHK. 1492PHK. 1492
aufgetragenapplied
hitxunghitxung
bei 200at 200
•c• c
and der Luftin the air
Au· der Literatur ist bekannt, dass bei einer Wärmebehandlung von Widerstandeschichten mit Widerständen von 100 bis 150 Ohm pro Quadrat bei eiser thermischen nachbehandlung Aenderungen des Wider·· standee »wischen -5 und +10Jt auftreten können. Diese Widerstände wurden erhalten durch Aufdampfen bei einem Restgasdruck kleiner als 10"* am Hg.It is known from the literature that during a heat treatment of resistance layers with resistances of 100 to 150 ohms per square with ice thermal post-treatment changes in resistance standee »between -5 and + 10Jt can occur. These resistances were obtained by vapor deposition at a residual gas pressure of less than 10 "* am Hg.
Au» der Tabelle geht hervor, dass durch Kombination beider Schritte eine beträchtliche Verbesserung in dieser Hinsicht erhalten wird.The table shows that by combining both Steps a considerable improvement in this regard is obtained.
Der Temperaturkoeffiaient der Widerstände nach der Erfindung ist niedrig, gewöhnlich in der Grössenordnung von -50 ppm. pro *C.The temperature coefficient of the resistors according to the invention is low, usually on the order of -50 ppm. per * C.
Bs ist weiter bekannt, Nickelchromwiderstände dadurch vor atmosphärischen Einflüssen xu aohütxen, dass die Widerstandaschicht durch Aufdampfen einer Schioht aus SiO3 oder MgP3 abgedeckt wird. Der damit beabsichtigte Effekt wird auf bedeutend einfachere Weis· durch Anwendung des Verfahren· nach der Erfindung erreicht*It is also known to protect nickel-chromium resistors from atmospheric influences by covering the resistor layer by vapor deposition of a layer made of SiO 3 or MgP 3 . The effect intended thereby is achieved in a much simpler way by using the method according to the invention *
Der «rate Schritt de· Verfahren· nach der Erfindung beiweckt insbesondere höhere Widerstände bei relativ stärkeren Schichten auf reproduzierbare Weise xu erhalten.The "guessing step" of the method according to the invention awakens in particular, higher resistances with relatively thicker layers can be obtained in a reproducible manner xu.
Q09&84/0724Q09 & 84/0724
Beiliegende Abbildung zejgt in vergröasertem Masstab den Aufbau eines nach der Erfindung erhaltenen Widerstandes. Auf einem Substrat 1, z.B. aus Glas, liegt eine erste Schicht 2 aus Nickelchrom mit einem geringen Sauerstoffgehalt mit dem gewünschten Widerstandswert. Die Schicht 3 besteht aus sauerstoffreichem Nickelchron. Die Zusammensetzung dieser elektrisch nicht leitenden Schicht ist unbekannt und besteht wahrscheinlich aus einem Gemisch von Nickel- und Chromo*iden.The accompanying illustration shows the enlarged scale Structure of a resistor obtained according to the invention. A first layer 2 lies on a substrate 1, for example made of glass Made of nickel chrome with a low oxygen content with the desired resistance value. Layer 3 consists of oxygen-rich Nickel chron. The composition of this electrically non-conductive layer is unknown and probably exists from a mixture of nickel and chromo * ids.
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