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Hohlkathodenverfahren

Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik

Hohlkathoden Rundquelle in Betrieb

Hochohm-Widerstandsschichten

Für die fortschreitende Miniaturisierung elektronischer Schaltungen werden Schichtwiderstände mit zunehmend höherem Flächenwiderstand benötigt. Gleichzeitig wird eine hohe Temperaturstabilität der Widerstandswerte gefordert. Hochohmige Widerstandsschichten werden daher heute häufig aus einer CrSi-Legierung hergestellt, die einen genau definierten Sauerstoffgehalt aufweist.

Diese Schichten werden meist mittels reaktivem Magnetronsputtern hergestellt. Die Hauptschwierigkeit besteht hier im wohldefinierten, räumlich gleichmäßigen und exakt reproduzierbaren Sauerstoff-Einbau in die Schicht. Da beim Gasflusssputtern der Sauerstoff praktisch keinen Zutritt zur Oberfläche des Sputtertargets hat, ist bei diesem Verfahren ein deutlich stabilerer Betrieb möglich, und es lassen sich Widerstandsschichten mit sehr guten Eigenschaften herstellen. So konnten mittels GFS thermisch höchst stabile CrSiOx-Schichten mit bis dahin in der Produktion unerreicht hohen Flächenwiderständen von mehr als 50 kW/o hergestellt werden.

Als Substratmaterial wurden dünne Keramikplättchen für die Fertigung von Chipwiderständen verwendet, deren Rückseiten entsprechend der Größe der nur wenige Quadratmillimeter großen späteren Bauteile vorgekerbt sind.

Nach ihrer Abscheidung nahe von Raumtemperatur sind die Schichten zunächst noch thermisch instabil und besitzen einen stark negativen Temperaturkoeffizienten, vergleichbar einem Halbleiter. Ein Temperaturkoeffizient in der Nähe von 0 ppm/K ergibt sich, wenn die beschichteten Substrate wie üblich an Luftsauerstoff einer mehrstündigen thermischen Ausheilprozedur unterzogen werden. Mittels Gasflusssputtern konnte erreicht werden, dass selbst die hochohmigsten Schichten bei vergleichsweise niedrigen Ausheiltemperaturen von 440 bis 540 °C stabilisiert werden können.

Vorteilhaft ist außerdem, dass die optimale Ausheiltemperatur für verschiedene Widerstandswerte nur wenig variiert. Schwankungen des Widerstandswertes innerhalb einer Charge oder über die Oberfläche eines Keramiksubstrates, die durch den Abgleich der Bauteile mittels Laser oder Elektronenstrahl kompensiert werden können, führen dadurch zu sehr geringen Streuungen des Temperaturkoeffizienten. Die mit GFS hergestellten Widerstandsschichten haben sich als gut reproduzierbar und als vollständig prozesskompatibel zu den für Strukturierung, Kontaktierung, Trimmung und Belackung der Bauteile eingesetzten und bewährten Verfahren erwiesen. Die nach mehrstündigen Alterungstests bei 200 °C bestimmte Referenzstabilität der Schichten ist durchweg sehr gut.

Bilder

Zuletzt aktualisiert am: 2013-09-22 21:57:42 CEST
Quelle: http://hohlkathoden.fraunhofer.de/de/anwendungen/hochohm-widerstandsschichten/
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