DE1266671B - Verfahren zum Herstellen von Vorrichtungen fuer optische und/oder elektrische Zwecke, wie Duennfilmkondensatoren, Interferenzfilter und Photowiderstaende - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Vorrichtungen fuer optische und/oder elektrische Zwecke, wie Duennfilmkondensatoren, Interferenzfilter und PhotowiderstaendeInfo
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Description
- Verfahren zum Herstellen von Vorrichtungen für optische und/oder elektrische Zwecke, wie Dünnfilmkondensatoren, Interferenzfilter und Photowiderstände Es ist bekannt, daß man eine Vorrichtung, die aus zwei dünnen Metallschichten besteht, welche durch eine dünne Schicht eines Dielektrikums gleichmäßiger Dicke voneinander getrennt angeordnet sind, als Dünnfilmkondensator verwenden kann. Das DielektrikUm soll möglichst homogen sein und gute dielektrische Eigenschaften besitzen. Ist das Dielektrikum durchsichtig und haben die Metallschichten eine so geringe Dicke, daß sie teilweise lichtdurchlässig sind, so kann man eine solche Vorrichtung auch als Interferenzfilter verwenden. So bestehen bekanntlich Interferenzfilter vom Fabry-Perot-Typ aus zwei parallelen, teilweise lichtdurchlässigen Metallschichten, die durch ein nichtabsorbierendes Dielektrikum der Dicke d und der Brechungszahl il getrennt sind. Sie haben Maxima der spektralen Durchlässigkeit bei den Wellenlängen i",pX, die gegeben sind durch die Relation mit M = 0; :r; 2:r ... (1) Der Phasensprung b an der Grenzfläche Metall-Dielektrikum ist durch die Beziehung gegeben:
2 h = arc tang uk 2 ,2 2 (2) -k k = Absorptionsindex der Metallschicht, Brechungsindex der Metallschicht. - Es wurde nun gefunden, daß man eine Vorrichtung, die aus zwei durch eine dünne Schicht eines Dielektrikums gleichmäßiger Dicke voneinander getrennt angeordneten leitfähigen Schichten besteht und die als Dünnfilmkondensator, Interferenzfilter oder Photowiderstand verwendet werden kann, besonders vorteilhaft erhält, wenn man auf der ersten leitfähigen Schicht eine oder mehrere monomolekulare Schichten aufbringt, die aus höheren Fettsäuren oder deren Salzen oder aus Mischungen dieser Stoffe mit Farbstoffen und/oder ungefärbten aromatischen Verbindungen bestehen, und auf der Oberfläche dieser Schichtanordnung eine zweite leitfähige Schicht durch Aufdampfen erzeugt.
- Die leitfähige Schicht, auf der die dielektrische Zwischenschicht der genannten Art angebracht wird, kann aus beispielsweise Silber, Aluminium, Wismut, Zinn, Kupfer oder auch aus leitfähigem Glas bestehen und eine ebene qder gekrümmte Oberfläche haben. Auf dieser leitfähigen Schicht wird eine einfach- oder mehrmolekulare Schicht aufgezogen, die aus höheren Fettsäuren oder deren Salzen oder aus Mischungen dieser Stoffe mit Farbstoffen und/oder ungefärbten aromatischen Verbindungen besteht.
- Als höhere Fettsäuren oder deren Salze sind z. B. Fettsäuren mit 14 bis 28 Kohlenstoffatomen geeignet, wie beispielsweise Palmitinsäure, Stearinsäure,Nonadecansäure, Cerotinsäure und Arachinsäure bzw. die Calcium-, Cadmium-, Magnesium-, Strontium-, Barium- oder Mangansalze dieser Säuren.
- Als Farbstoffe oder ungefärbte aromatische Verbindungen kommen nichtionische wasserunlösliche Farbstoffe oder Aromaten in Betracht, beispielsweise die folgenden Farbstoffe: Polythienyle, Merocyanine, Anthracen, Phenanthren, Chrysen, Pyren, Coronen, Perylen und Tetracen.
- Ionogene Farbstoffe können durch Adsorption aus wäßriger Lösung auf die Fettsäureschichten aufgebracht werden, wobei auf je eine Einfach- oder Doppelschicht Fettsäuremoleküle die Farbstoffmoleküle bis zu etwa einer monomolekularen Bedeckung adsorbiert werden können. Das Überziehen der leitfähigen Schichten mit der ein- oder mehrmolekularen Schicht von Fettsäuren oder deren Salzen kann nach einer von Blodgett und Langmuir in The Journal of the American Chemical Society, Bd. 57 (1935), S. 1007 bis 1022, beschriebenen Spreitungstechnik erfolgen, wobei man aber die monomolekuT laren Spreitungsschichten zweckmäßiger in einem Trog aus Methacrylsäuremethylesterharz und mit Hilfe einer mechanischen Schubvorrichtung auf der einen Oberfläche der leitfähigen Schicht anbringt. Die aus Fettsäuren oder deren Salzen bestehende Schicht kann aus einer ein- oder mehrmolekularen Belegung bestehen.
- Soll die Dielektrikumschicht aus einem Gemisch der genannten Fettsäuren oder deren Salzen mit Farbstoffen oder farblosen Aromaten bestehen, so kann man solche Schichten beispielsweise bei wasserunlöslichen Farbstoffen so erzeugen, daß man eine benzolische Lösung einer Mischung von Farbstoff und Stearinsäure etwa im Molverhältnis 1 : 3 auf die Wasseroberfläche auftropft und dann weiter wie beim Aufziehen reiner Fettsäureschichten verfährt.
- Nach dem neuen Verfahren wird die zweite leitfähige Schicht auf der Dielektrikumschicht durch Aufdampfen angebracht. Hierfür sind besonders die Metalle Silber, Zinn, Kupfer und Aluminium geeignet. Auf Grund der gleichmäßigen Dicke des aus Spreitungsschichten aufgebauten Dielektrikums entsteht hier eine Metallschicht, die zu der ersten leitfähigen Schicht parallel angeordnet ist. Es ist überraschend, daß die Haft- und Wärmefestigkeit der aus höheren Fettsäuren oder deren Salzen bestehenden Schicht so groß ist, daß sich auf dieser Schicht ohne Nachteil für die elektrischen oder optischen Eigenschaften der Vorrichtung Metalle aufdampfen lassen.
- Bei einer Ausführung des neuen Verfahrens, nach der man eine Vorrichtung erhält, die insbesondere als hervorragender Dünnfilmkondensator geeignet ist, kann die erste leitfähige Schicht aus einer massiven Metallelektrode oder aus einer z. B. auf einem Objektträger aufgedampften Metall- oder Halbleiterelektrode oder aus leitfähigem Glas bestehen. Auf diese Metallschicht bringt man nach der angegebenen Spreitungstechnik eine oder mehrere monomolekulare Schichten der genannten Fettsäuren oder fettsauren Salze an und erzeugt die zweite Metallelektrode auf der Oberfläche des Dielektrikumfilms durch Aufdampfen. Die so erhältliche Vorrichtung läßt sich vorzüglich als Dünnfilmkondensator verwenden. Durch das neue Verfahren kann man auf Grund der geringen Dicke der Dielektrikumschicht - beispielsweise,hat eine monomolekulare Schicht von Bariumstearat eine Dicke von 24A - eine hohe Flächenausbeute der Kapazität erzielen, die bis zu 1 j/cmz betragen kann, wobei die Durchschlagsfestigkeit um 10' Volt cm beträgt. Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens ist auch die leichte Reproduzierbarkeit der außerordentlich dünnen und gleichmäßigen Dielektrikumschichten. Die Kapazität ist von der angelegten Spannung praktisch nicht abhängig. Durch entsprechende Formgebung der Elektroden und Wahl eines Elektrodenmaterials mit hohem spezifischem Widerstand lassen sich nach dem neuen Verfahren auch Kapazitätswiderstandsnetzwerke herstellen.
- Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung werden die beiden leitfähigen Schichten so durch Aufdampfen erzeugt, daß sie gegenüber Licht teildurchlässig sind. Verfährt man im übrigen wie angegeben, so erhält man eine Vorrichtung, die sich insbesondere als Interferenzfilter eignet, da die Dielektrikumschicht eine gleichmäßige Dicke hat und von hoher optischer Qualität ist. Nach dem neuen Verfahren kann man mit äußerst geringem Aufwand Interferenzfilter mit einer genau vorgegebenen Wellenlänge eines Durchlässigkeitsmaximums gemäß Gleichungen (1) und (2) herstellen. In F i g. 2 sind für eine Reihe solcher Filter die Wellenlängen der Durchlässigkeitsmaxima in Abhängigkeit von der Zahl der aufgezogenen Schichten der angegebenen Substanzen aufgetragen. F i g. 3 zeigt die Registrierkurve eines Spektralphotometers, in dem die Durchlässigkeit eines solchen Filters gegen die Wellenlänge aufgetragen ist.
- Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man auch großflächige Interferenzfilter, z. B. quadratmetergroße Filter, herstellen kann. Die Herstellung derartig großer Interferenzfilter bereitete bisher wegen der erforderlichen Gleichmäßigkeit der Dicke des Dielektrikums über die gesamte Fläche größte Schwierigkeiten. Auch Interferenzfilter mit gekrümmten Flächen werden nach dem neuen Verfahren auf bequeme Weise zugänglich. Ferner kann der Brechungsindex t, des Dielektrikums in weiten Grenzen den Bedürfnissen angepaßt werden, indem, wie erwähnt, gemischte Schichten aus höheren Fettsäuren und,;oder deren Salzen mit Farbstoffen und/oder ungerzirbten aromatischen Verbindungen verwandt werden oder dadurch, daß nach dem Aufziehen der Dielektrikumschichten die Anordnung in Benzol oder ein ähnliches Lösungsmittel getaucht wird, um nach dem von B 1 o d g e t t (Physical Rev., 55, 391 [1939]) beschriebenen Verfahren die Fettsäuren herauszulösen und nur deren Salze zurückzulassen und so Skelettschichten von niedrigem Brechungsindex zu erzeugen.
- Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man als Dielektrikumschicht Mischungen der genannten Fettsäuren oder fettsauren Salze mit Farbstoffen und oder ungefärbten aromatischen Verbindungen verwendet. Man erhält so Vorrichtungen, die als Interferenzfilter und Photowiderstände verwendet werden können. Die Farbstoffe und farblosen aromatischen Verbindungen sind nichtionische wasserunlösliche Substanzen. Geeignet sind z. B. Merocyanine oder Polythienyle, wie die Farbstoffe der Formeln E, und E" Werden die Farbstoffe, wie beschrieben. in die Dielektrikumschicht eingebaut. wobei möglichst das spektrale Maximum der Absorption des Farbstoffs mit dem Durchlässigkeitsmaximum der Anordnung übereinstimmen sollte, so zeigt die Vorrichtung bei Belichtung eine merkliche Änderung der elektrischen Leitfähigkeit bzw. das Auftreten von Photospannungen. Hierbei werden die elektrischen Größen in ihrer Quantität bei spektral zerlegtem Licht durch die jeweiligen Farbstoffabsorptionsspektren bestimmt. Die Farbstoffe können gegebenenfalls so kombiniert werden, daß eine gewünschte spektrale Abhängigkeit der Photoleitfähigkeit erreicht wird. F i g. 4 zeigt das Anregungsspektrum der Photoleitfähigkeit einer solchen Vorrichtung unter Verwendung des Farbstoffes E,. Uberraschend ist, daß die Photoleitfähigkeit von der Temperatur weitgehend unabhängig ist. Das bedeutet einen großen technischen Fortschritt für Strahlungsmesser. Als Beispiel sei auf die Anwendung für meteorologische Strahlungsmeßinstrumente hingewiesen. Hier sind etwa die bei Ballonaufstiegen bis zu 20 km Höhe auftretenden Temperaturdifferenzen von 30 bis -80 C eine Erschwerung für genaue Messungen.
- Beispiel l Ein gut gereinigter Objektträger, der nach F i g. I durch Auflöten von Indiummetall mit den Elektroden I und II versehen ist, wird im Hochvakuum - der Druck sollte kleiner als 10-' Torr sein - mit einer Aluminiumschicht bedampft. Dann werden fünf Schichten Bariumarachidat, von denen jede eine gleichmäßige Dicke von 36.8 Ä aufweist, so aufgetragen, daß die Aluminiumschicht völlig bedeckt wird, die Elektrode Il aber frei bleibt. Dann wird wiederum im Hochvakuum nach F i g. 1 die zweite Aluminiumschicht in Kontakt mit der Elektrode 1I aufgedampft. Man erhält einen Dünnfilmkondensator mit einer Kapazität von 0,17 :j.F cm'-.
- Zum Auftragen der Bariumarachidatschicht löst man in destilliertem Wasser Bariumchlorid in einer Konzentration von 10-5 kg 1, erzeugt auf der Wasseroberfläche eine monomolekulare Schicht von Arachinsäure durch Auftropfen einer benzolischen Lösung und taucht den Objektträger bei 20 C und pH 7,0 dreimal durch die an der Oberfläche gespreitete Schicht von Arachinsäure. welche unter einem Schub von 30 dyn cm gehalten wird. Beim ersten Tauchen zieht nur eine Schicht auf. danach ist der Objektträger hydrophob und übernimmt bei jedem weiteren Tauchvorgang zwei Schichten.
- Be@ispiel2 Ein gut gereinigter Objektträger wird im Hochvakuum -- der Druck sollte kleiner als 10-i Torr sein -- mit einer drinnen Silberschicht bedampft, deren Dicke so gewählt wird. daß von sichtbarem Licht noch etwa 5"" durchgelassen wird. Dann werden entsprechend der im Beispiel 1 angegebenen Methode fünfzig Schichten Bariumstearat aufgetragen und darauf wiederum im Hochvakuum eine zweite Silberschicht von etwa der gleichen Dicke wie die erste aufgedampft. Man erhält ein Interferenzfilter mit einem Durchlässigkeitsmaximum für Licht der Wellenlänge i. = 525 nm. Beispie13 Auf eine auf einen Objektträger aufgedampfte Aluminiumschicht wird eine Schicht aufgebracht, die aus dem Farbstoff E, und Bariumarachidat im Molverhältnis 1 :3 besteht, indem man wie im Beispiel 1 verfährt mit dem Unterschied, daß man der Lösung von Arachinsäure in Benzol den Farbstoff E, in gewünschter Menge zusetzt. Ferner setzt man die gespreitete Schicht nicht sofort, sondern erst nach einer Wartezeit von etwa 10 Minuten dem Schub der Barriere aus, da sonst nicht homogene Schichten entstehen. Dann wird die zweite Aluminiumschicht durch Aufdampfen angebracht. Man erhält einen Photowiderstand. Wird an die Elektroden eine Spannung von 2 Volt angelegt, so hat diese Einheit einen Dunkelstrom von 10-' Am p./cm-'. Bei Bestrahlung mit einer 100-Watt-Glühlampe im Abstand von 10 cm wird ein Photostrom von 10--' Amp./cm-' gemessen. Diese Meßwerte werden sowohl bei Zimmertemperatur als auch bei einer Temperatur von - 180 C erhalten.
Claims (4)
- Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen von Vorrichtungen für optische und oder elektrische Zwecke, die aus zwei durch eine dünne Schicht eines Dielektrikums gleichmäßiger Dicke voneinander getrennt angeordneten leitfähigen Schichten bestehen, d a -durch gekennzeichnet, daß man auf der ersten leitfähigen Schicht eine oder mehrere monomolekulare Schichten aufbringt, die aus höheren Fettsäuren oder deren Salzen oder aus Mischungen dieser Stoffe mit Farbstoffen und/oder ungefärbten aromatischen Verbindungen bestehen, und auf der Oberfläche dieser Schichtanordnung die zweite leitfähige Schicht durch Aufdampfen erzeugt.
- 2. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmkondensators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß man als eine leitfähige Schicht eine massive oder aufgedampfte Metallelektrode verwendet.
- 3. Verfahren zur Herstellung eines Interferenzfilters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine leitfähige Schicht so durch Aufdampfen erzeugt wird. daß sie gegenüber Licht teilweise durchlässig ist.
- 4. Verfahren zur Herstellung eines Photowiderstandes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die erste leitfähige Schicht mehrere monomolekulare Schichten aufbringt, die aus Mischungen von höheren Fettsäuren oder deren Salzen mit Farbstoffen und oder ungefärbten aromatischen Verbindungen bestehen und mindestens eine der leitfähigen Schichten im Spektralbereich der Absorption des verwendeten Farbstoffs oder der verwendeten Farbstoffe teilweise lichtdurchlässig ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1964K0054125 DE1266671B (de) | 1964-09-30 | 1964-09-30 | Verfahren zum Herstellen von Vorrichtungen fuer optische und/oder elektrische Zwecke, wie Duennfilmkondensatoren, Interferenzfilter und Photowiderstaende |
Applications Claiming Priority (1)
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DE1964K0054125 DE1266671B (de) | 1964-09-30 | 1964-09-30 | Verfahren zum Herstellen von Vorrichtungen fuer optische und/oder elektrische Zwecke, wie Duennfilmkondensatoren, Interferenzfilter und Photowiderstaende |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1266671B true DE1266671B (de) | 1968-04-18 |
Family
ID=7226987
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1964K0054125 Pending DE1266671B (de) | 1964-09-30 | 1964-09-30 | Verfahren zum Herstellen von Vorrichtungen fuer optische und/oder elektrische Zwecke, wie Duennfilmkondensatoren, Interferenzfilter und Photowiderstaende |
Country Status (1)
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DE (1) | DE1266671B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0452955A2 (de) * | 1990-04-20 | 1991-10-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Kondensator und Verfahren zu seiner Herstellung |
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1964
- 1964-09-30 DE DE1964K0054125 patent/DE1266671B/de active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0452955A2 (de) * | 1990-04-20 | 1991-10-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Kondensator und Verfahren zu seiner Herstellung |
EP0452955A3 (en) * | 1990-04-20 | 1992-08-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Capacitor and process for production thereof |
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