DE2908919C2 - Verfahren zur Herstellung eines Dünschichttemperatursensors - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines DünschichttemperatursensorsInfo
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Description
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem derartigen
Verfahren bereitet es Schwierigkeiten, den Temperaturkoeffizienten TKR des Widerstandes R von der
Schichtdicke der aufgestäubten Nickelschicht unabhängig zu machen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, daß ein frühes, flaches Plateau in der TKR-Schichtdicken-Abhängigkeit erreicht wird. Wählt
man die Schichtdicke etwa in der Mitte dieses Plateaus, so wird der TK R-Wert von Fertigungsstreuungen der
Schichtdicke praktisch unabhängig.
Zeichnung
In der Zeichnung ist die Abhängigkeit des TKR-Wertes
von der Schichtdicke dargestellt. Die Kurve a zeigt die Abhängigkeit für aufgestäubtes Nickel ohne Zugabe
von Wasserstoff zum Entladungsgas (Stand der Technik), die Kurve b zeigt die Abhängigkeit für
aufgedampftes Nickel, und die Kurve c zeigt sie für erfindungsgemäß aufgestäubtes Nickel (Zugabe von 1
bis 10% Wasserstoff zum Entladungsgas Argon).
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Zur Temperaturmessung mit praktisch linearer Temperaturabhängigkeit des MelJsignals wird die
Änderung des elektrischen Widerstandes von Metallen ausgenutzt. Für schnelle Messungen verwendet man
dünne Platin- oder Nickel-Schichten, welche durch ganzflächiges Aufdampfen oder Aufstäuben auf eine
isolierende Substratplatte und nachfolgende Strukturierung
mit Hilfe der Photoätztechnik hergestellt werden. Flüc'henwiderstand der dünnen Widerstandsschicht und
L.ängcn/Hreitenverhältnis der Widerstuiidsmäander bestimmen
bei festgelegten Abmessungen des Sensors die Höhe des Meßwiderstandes R. Der Widerstandswert
des Temperatursensors sollte möglichst hoch sein, da dann die Auswerteschaltung einfacher gestaltet werden
kann und die im Meßwiderstand verbrauchte Leistung kleiner wird. Nur so kann eine Temperaturfehlmsssung
aufgrund der Eigenerwärmung des Meßwiderstandes infolge der in ihm verbrauchten Leistung verhindert
werden. Dies bedeutet aber möglichst dünne Widerstandsschicht.
Im Gegensatz hierzu wird mit dickeren Schichten eine größere Temperaturabhängigkeit erreicht, da der
Temperaturkoeffizient dünner Schichten selbst eine Funktion der Schichtdicke ist, zunächst mit steigender
Schichtdicke stark ansteigt, um dann in einem Plateau praktisch schichtdickenunabhängig zu werden (siehe
Zeichnung). Um aber die durch unvermeidliche Schichtdickenschwankungen
beim Herstellungsprozeß der Dünnschichtsensoren verursachten Schwankungen des TKR-Wertes klein zu kalten, muß die Dicke der
Metallschicht so gewählt werden, daß ihr TKR-Wert
.!o dem Plateauwert entspricht Damit ist die Austauschbarkeit
der Sensoren ohne Selektionsaufwand gegeben. Obwohl beim Aufstäuben dichtere, grobkristallinere
Schichten entstehen als beim Aufdampfen, ist bei Nickel der TKR-Wert aufgestäubter Schichten kleiner als der
TKR-Wert aufgedampfter Schichten gleicher Dicke. Auch bildet sich kein ausgeprägtes Plateau in der
TKR-Schichtdicken-Abhängigkeit aufgestäubter
Schichten aus. Ursache hierfür sind der hohe Gaseinbau in die aufgestäubte Schicht während der Schichtkonden-
*o sation und Reaktionen der Metallatome mit dem
Restgas, welches beim Aufstäuben immer wieder aus den sich erwärmenden Oberflächen der Zerstäubungsanlagen freigesetzt wird. Dafür haften aufgedampfte
Nickelschichten nur über eine Haftvermittlerschicht aus
'5 z. B. Titan oder Chrom, wodurch die Photoätztechnik
erschwert wird. Weiter besteht dann die Gefahr, daß bei höheren Meßtemperaturen oder schon beim Voraltern
eine Interdiffusion der Metallschicht einsetzt, was zu irreversiblen R- und TKR-Änderungen führt. Gegenmit-
'» {el ist eine Diffusionsschicht auf Kosten der Photoätztechnik.
Um die Vorteile der Aufstäubung für Nickel-Dünnschichtsensoren einsetzen zu können, muß der reaktive
Einfluß des Restgases beim Aufstäuben unterdrückt
4r» werden. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß 1
bis 10% Wasserstoff zum Entladungsgas Argon zugemischt wird. Damit wird auch mit aufgestäubten
Nickel-Schichten ein frühes, flaches Plateau in der TKR-Schichtdicken-Abhängigkeit erreicht. Für die
■->» vorhandenen halbkontinuierlichen Zerstäubungsanlagen
haben sich 5% H2-Zumischung bei einem Entladungsgasdurchsatz von 60cmVmin durch die
Zerstäubungsanlage während der Beschichtung mit einer Flächenenergie von 700 W.s/cm2 bewährt (Katho-
■>5 denspannung 4,0 kV, Entladestrom 300 mA, Kathodengröße
170 χ 280 mm, Beschichtungszeit 4,66 min).
Der TKR-Plateau-Wert erfindungsgemäß aufgestäubter
Nickel-Schichten beträgt 5,5%/°C bei einem Flächenwiderstand von 0,6 il und kleiner.
hü Es ergibt sich ein austauschbarer Temperatursensor
zur schnellen Temperaturmessung in Flüssigkeiten und Gasen mit linearem, elektrisch verarbeitbarem Ausgangssignal
und mit reproduzierbarem R- und TKR-Wert. Der Temperatureinsatzbereich liegt zwischen
br> -40 und +2500C. Der Temperatursensor ist damit
variabel einsetzbar, z. B. im Kraftfahrzeug zur Messung il öltemperatur, der Kühlwasseriemperatiir und der
Temperatur der Ansaugluft.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichttemperatursensors zur schnellen Temperaturmessung
in Flüssigkeiten und Gasen mit einer Nickelschicht als temperaturempfindliches Element, die
entweder unmittelbar oder über mindestens eine als Haftvermittler dienende Zwischenschicht aus hochohmigem
Material mittelbar auf eine isolierende Substratplatte aufgebracht ist und ein vorzugsweise
mäanderförmiges flächenhaftes Muster auf der Substratpiatte bildet, wobei die Nickelschicht und
gegebenenfalls die Zwischenschicht oder die Zwischenschichten ganzflächig auf die Substratplatte
aufgestäubt werden und anschließend das flächenhafte Muster durch Strukturierung mit Hilfe der
Photoätztechnik gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Aufstäuben der
Nickelschicht verwendete Entladungsgas als Hauptbestandteil Argon und als weiteren Bestandteil 1 bis
10% Wasserstoff enthält
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Aufstäuben der Nickelschicht
verwendete Entladungsgas 5% Wasserstoff enthält.
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| DE (1) | DE2908919C2 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4333898A1 (de) * | 1993-10-05 | 1995-04-06 | Bosch Gmbh Robert | Meßfühler zur Erfassung von Gaszusammensetzungen |
| DE19605469A1 (de) * | 1995-02-15 | 1996-08-22 | Murata Manufacturing Co | Verfahren zum Einstellen des Widerstandstemperaturkoeffizienten eines Widerstandselements zur Temperaturmessung |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| US4323875A (en) * | 1981-01-21 | 1982-04-06 | Trw, Inc. | Method of making temperature sensitive device and device made thereby |
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1979
- 1979-03-07 DE DE19792908919 patent/DE2908919C2/de not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| NICHTS ERMITTELT * |
Cited By (2)
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Also Published As
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| DE2908919B1 (de) | 1980-09-11 |
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