DE3609503A1 - Heizwiderstandselement und heizwiderstand unter verwendung desselben - Google Patents
Heizwiderstandselement und heizwiderstand unter verwendung desselbenInfo
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Description
Heizwiderstandselement und Heizwiderstand
unter Verwendung desselben
unter Verwendung desselben
Die Erfindung betrifft ein Heizwiderstandselement und einen Heizwiderstand unter Verwendung des Widerstandselements und
insbesondere ein Dünnfilm-Heizwiderstandselement, das auf einer Substratoberfläche als funktionelles Element einen
Widerstands-Dünnfilm hat, und einen Heizwiderstand unter Verwendung des Widerstandselements.
Ein solches Widerstandselement ist für die Anwendung als Vorrichtung für die Umwandlung von Elektrizität in Wärmeenergie
in verschiedenen elektronischen Geräten und elektrischen Geräten geeignet.
Beispiele für bekannte Heizwiderstandselemente, die als relativ kleine Vorrichtungen für die Umwandlung von Elektrizität
in Wärmeenergie in elektronischen Geräten oder elektrischen Geräten angewandt werden, sind Widerstandselemente
des Dünnfilmtyps, des Dickfilmtyps und des Halbleitertyps. Unter diesen können die Heizwiderstandselemente
B/B
-8- DE 5663
. des Dünnfilmtyps im Vergleich zu anderen Typen einen geringeren
Energieverbrauch und auch einen relativ besseren Wärmeübertragungsgrad bzw. ein relativ besseres thermisches
Ansprechverhalten haben, und infolgedessen besteht die Neigung, daß sie in zunehmendem Maße angewandt werden.
Die Betriebseigenschaften, die von solchen Heizwiderstandselementen
verlangt werden, sind ein gutes Ansprechen der Wärmeerzeugung auf ein bestimmtes elektrisches Signal bzw.
ein gutes thermisches Ansprechverhalten, eine gute Wärmeleitfähigkeit, eine gute Beständigkeit gegen die durch die
Widerstandselemente selbst erzeugte Wärme und verschiedene Haltbarkeitseigenschaften (z.B. Haltbarkeit gegenüber der
thermischen Vorgeschichte).
Es ist möglich, daß die vorstehend erwähnten Betriebseigenschaften
bei den bekannten Heizwiderstandselementen des Dünnfilmtyps nicht zufriedenstellend sind, und weitere
Verbesserungen der Eigenschaften sind erwünscht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dünnfilm-Heizwiderstandselement,
das im Vergleich zu den bekannten Heizwiderstandselementen des Dünnfilmtyps einen verbesserten
Wärmeübertragungsgrad bzw. ein verbessertes thermisches
Ansprechverhalten, eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit,
25
eine verbesserte Hitzebeständigkeit, eine verbesserte Haltbarkeit,
eine verbesserte chemische Beständigkeit, eine verbesserte Wärmefestigkeit und eine verbesserte Steuerbarkeit
bzw. Einstellbarkeit des Widerstandswertes hat und
mit dem verschiedene Eigenschaften wie z.B. das Wärmespei-30
cherungsvermögen, das Wärmeableitungsvermögen und das Haftvermögen
des Substrats und des funktionellen Dünnfilms aneinander leicht realisiert werden können, und einen Heizwiderstand
mit dem Widerstandselement bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Dünnfilm-Heizwiderstandselement
mit einem auf einem Substrat gebildeten
-9- DE 5663
funktionellen Dünnfilm aus einem amorphen Material, das in
einer Matrix von Kohlenstoffatomen Halogenatome enthält.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden
nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun-5
gen näher erläutert.
Fig. 1 und Fig. 2 sind Teil-Schnittansichten des erfindungsgemäßen
HeizwiderStandselements.
Fig. 3 dient zur Erläuterung der Vorrichtung, die für die
Herstellung des erfindungsgemäßen Heizwiderstandselements anzuwenden ist.
Fig. 4 bis Fig. 9 sind graphische Darstellungen, die die 15
Verteilung des Gehalts von Halogenatomen
und/oder einer Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit in dem
funktioneilen Dünnfilm zeigen.
Fig. 10 ist eine Teil-Schnittansicht des in erfindungsgemäßen Beispielen hergestellten Heizwiderstands.
Fig. 1 ist eine Teil-Schnittansicht, die den Aufbau einer 25
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizwiderstandsele-
ments zeigt.
Diese Figur zeigt ein Substrat 2 und einen Dünnfilm 4 für die Realisierung der Funktion, d.h., des Widerstandes.
Das Material für das Substrat 2 unterliegt im Rahmen der Erfindung keiner besonderen Einschränkung, jedoch wird in
der Praxis vorzugsweise ein Material verwendet, das an dem auf seiner Oberfläche zu bildenden funktionellen Dünnfilm 4
gut anhaftet und ferner eine gute Beständigkeit gegen die während der Bildung des funktionellen Dünnfilms 4 vorhan-
-10- DE 5663
, dene Wärme und gegen die während der Anwendung durch den
funktioneilen Dünnfilm 4 erzeugte Wärme zeigt. Das Substrat 2 sollte vorzugsweise auch einen größeren elektrischen
Widerstand haben als der auf seiner Oberfläche zu bildende funktioneile Dünnfilm 4. Ferner kann im Rahmen
der Erfindung in Abhängigkeit vom Verwendungszweck des Widerstandselements ein Substrat 2 mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit
oder einer großen Wärmeleitfähigkeit verwendet werden.
Als Beispiele für das im Rahmen der Erfindung zu verwendende Substrat 2 können Substrate, die aus anorganischen Materialien
wie z.B. Glas, keramischen Werkstoffen oder Silicium bestehen, und Substrate, die aus organischen Materialien
wie z.B. Polyamidharz oder Polyimidharz bestehen, erwähnt 15
werden.
Im Rahmen der Erfindung besteht der funktionelle Dünnfilm 4 aus einem amorphen Material, das in einer Matrix von Kohlenstoffatomen
Halogenatome enthält. Als Halogenatome können z.B. F, Cl, Br und J verwendet werden, und diese können
entweder einzeln oder in Form einer Kombination von mehr als einer Art verwendet werden. Als Halogenatome werden F
und Cl bevorzugt, und F wird besonders bevorzugt.
Der Gehalt der Halogenatome in dem funktionellen Dünnfilm 4 kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von demAnwendungszweck
des Widerstandselements so gewählt werden, daß gewünschte Eigenschaften erhalten werden können; er beträgt
jedoch geeigneterweise 0,0001 bis 30 Atom-%, vorzugsweise 30
0,0005 bis 20 Atom-% und insbesondere 0,001 bis 10 Atom-%.
Im Rahmen der Erfindung kann der vorstehend erwähnte funktionelle Dünnfilm 4 aus einem amorphen Material bestehen,
das ferner eine Substanz für die Steuerung der elek-
trischen Leitfähigkeit enthält. Auch in diesem Fall können
als Halogenatome z.B. F, Cl, Br und J verwendet werden, und
BAD ORIGINAL
-11- DE 5663
, diese können entweder einzeln oder in Form einer Kombination
von mehr als einer Art verwendet werden. Als Halogenatome werden F und Cl bevorzugt, und F wird besonders bevorzugt.
Andererseits können als Substanz für die Steuerung
der elektrischen Leitfähigkeit die auf dem Fachgebiet der
5
Halbleiter eingesetzten sogenannten Fremdatome, d.h., Fremdatome des p-Typs, die Kohlenstoff p-Leitungseigenschaften
verleihen, und Fremdatome des η-Typs, die Kohlenstoff n-Leitungseigenschaften
verleihen, verwendet werden. Als Fremdatome des p-Typs können die Atome der zu der
Gruppe III des Periodensystems gehörenden Elemente wie z.B. B, Al, Ga, In und Tl, wobei B und Ga besonders bevorzugt
werden, erwähnt werden. Als Fremdatome des η-Typs können die Atome der zu der Gruppe V des Periodensystems gehörenden
Elemente wie z.B. P, As, Sb und Bi, wobei P und As 15
besonders bevorzugt werden, erwähnt werden. Diese können entweder einzeln oder in Form einer Kombination mehr als
eines Elements verwendet werden.
Der Gehalt der Halogenatome in dem funktioneilen Dünnfilm 4, der eine Substanz für die Steuerung der elektrischen
Leitfähigkeit enthält, kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem Anwendungszweck so gewählt werden, daß
gewünschte Eigenschaften erhalten werden können; er beträgt
jedoch ähnlich wie in dem vorstehend beschriebenen Fall, in 25
dem keine Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit
enthalten ist, geeigneterweise 0,0001 bis 30 Atom-%, vorzugsweise 0,0005 bis 20 Atom-% und insbesondere
0,001 bis 10 Atom-%.
Andererseits kann der Gehalt der Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit in dem funktioneilen
Dünnfilm 4 in geeigneter Weise so gewählt werden, daß gewünschte Eigenschaften, die von dem Anwendungszweck des
Widerstandselements abhängen, erhalten werden; er kann je-35
doch geeigneterweise 0,01 bis 50.000 Atom-ppm, vorzugsweise
BAD ORIGINAL
-12- DE 5663
0,5 bis 10.000 Atom-ppra und insbesondere 1 bis 5000 Atomppm
betragen.
Der funktioneile Dünnfilm in dem erfindungsgemäßen Heizwi-
derstandselement, der aus einem amorphen Material besteht, 5
das in einer Matrix von Kohlenstoffatomen Halogenatome
enthält, (nachstehend manchmal abgekürzt als "a-C:X" bezeichnet), kann durch ein Plasma-CVD-Verfahren (CVD =
chemisches Abscheiden aus der Gasphase) wie z.B. das Glimmentladungsverfahren oder durch ein Vakuumaufdampfungsverfahren
wie z.B. das Zerstäubungsverfahren gebildet werden.
Das grundlegende Verfahren für die Bildung des aus a-C:X bestehenden Dünnfilms 4 durch das Glimmentladungsverfahren
kann beispielsweise darin bestehen, daß das Substrat 2 in 15
einer unter vermindertem Druck stehenden Abscheidungskammer angeordnet wird, daß in die Abscheidungskammer ein gasförmiges
Ausgangsmaterial für die Zuführung von C, das zur Zuführung von Kohlenstoffatomen (C) befähigt ist, und ein
gasförmiges Ausgangsmaterial für die Zuführung von X, das zur Zuführung von Halogenatomen (X) befähigt ist, eingeleitet
werden und daß in der Abscheidungskammer durch Anwendung von Hochfrequenz oder von Mikrowellen eine Glimmentladung
angeregt wird, um dadurch auf der Oberfläche des Substrats 2 eine aus a-C:X bestehende Schicht zu bilden.
Andererseits kann das grundlegende Verfahren für die Bildung des aus a-C:X bestehenden Dünnfilms durch das Zerstäubungsverfahren
darin bestehen, daß das Substrat 2 in einer unter vermindertem Druck stehenden Abscheidungskammer
angeordnet wird und daß in die Abscheidungskammer bei der Durchführung der Zerstäubung eines aus C gebildeten Targets
in einer Atmosphäre aus einem Inertgas wie z.B. Ar oder He oder aus einer auf diesen Gasen basierenden Gasmischung in
der Abscheidungskammer ein gasförmiges Ausgangsmaterial 35
für die Zuführung von X eingeleitet wird.
-13- DE 5663
, Ferner kann der funktioneile Dünnfilm 4 in dem erfindungsgenäßer.
Heizwiderstandselement in dem Fall, daß er aus einem amorphen Material besteht, das in einer Matrix von
Kohlenstoffatomen Halogenatome und eine Substanz für die
Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit enthält, (nachste-5
hend manchmal abgekürzt als "a-C:X(p,n)" bezeichnet, worin X ein Halogenatom und (p,n) eine Substanz für die Steuerung
der elektrischen Leitfähigkeit bedeutet), durch ein Plasma-CVD-Verfahren wie z.B. das Glimmentladungsverfahren oder
durch ein Vakuumaufdampfungsverfahren wie z.B. das Zerstäubungsverfahren
gebildet werden.
Das grundlegende Verfahren für die Bildung des aus a-C:X(p,n) bestehenden Dünnfilms 4 durch das Glimmentladungsverfahren
kann beispielsweise darin bestehen, daß das Substrat 2 in einer unter vermindertem Druck stehenden Abscheidungskammer
angeordnet wird, daß in die Abscheidungskammer ein gasförmiges Ausgangsmaterial für die Zuführung
von C, das zur Zuführung von Kohlenstoffatomen (C) befähigt ist, ein gasförmiges Ausgangsmaterial für die Zuführung
von X, das zur Zuführung von Halogenatomen (X) befähigt ist, und ein gasförmiges Ausgangsmaterial für die Zuführung
einer Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit eingeleitet werden und daß in der Abscheidungs-
kammer durch Anwendung von Hochfrequenz oder von Mikrowel-25
len eine Glimmentladung angeregt wird, um dadurch auf der
Oberfläche des Substrats 2 eine aus a-C:X(p,n) bestehende Schicht zu bilden.
Andererseits kann das grundlegende Verfahren für die BiI-30
dung des aus a-C:X(p,n) bestehenden Dünnfilms 4 durch das Zerstäubungsverfahren darin bestehen, daß das Substrat 2 in
einer unter vermindertem Druck stehenden Abscheidungskammer angeordnet wird und daß in die Abscheidungskammer bei der
Durchführung der Zerstäubung eines aus C gebildeten Targets
35
in einer Atmosphäre aus einem Inertgas wie z.B. Ar oder He oder aus einer auf diesen Gasen basierenden Gasmischung in
BAD ORIGINAL
-14- DE 5663
. der Abscheidungskammer ein gasförmiges Ausgangsmaterial
für die Zuführung von X und ein gasförmiges Ausgangsmaterial für die Zuführung einer Substanz für die Steuerung der
elektrischen Leitfähigkeit eingeleitet werden.
In den vorstehend erwähnten Verfahren können als gasförmiges Ausgangsmaterial für die Zuführung von C, als gasförmiges
Ausgangsmaterial für die Zuführung von X und als gasförmiges Ausgangsmaterial für die Zuführung einer
Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit Substanzen, die bei Normaltemperatur und unter Normaldruck
gasförmig sind, oder im übrigen Substanzen, die unter vermindertem Druck vergasbar sind, verwendet werden.
Als Beispiele des Ausgangsmaterials für die Zuführung von C 15
können gesättigte Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen,
ethylenische Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen, acetylenische Kohlenwasserstoffe mit 2
bis 4 Kohlenstoffatomen und aromatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere gesättigte Kohlenwasserstoffe wie z.B. Methan
(CH4), Ethan (C2Hg), Propan (C3Hg), η-Butan Cn-C4H1Q) und
Pentan (CgH12), ethylenische Kohlenwasserstoffe wie z.B.
Ethylen (C2H4), Propylen (C3H6), Buten-1 (C4H8), Buten-2
(C4Hg), Isobutylen (C4Hg) und Penten (C^H-^q), acetylenische
Kohlenwasserstoffe wie z.B. Acetylen (C2H2), Methylacetylen
25
(C3H4) und Butin (C4Hg) und aromatische Kohlenwasserstoffe
wie z.B. Benzol (CgHg) erwähnt werden.
Als Beispiele des Ausgangsmaterials für die Zuführung von X können Halogene, Halogenide, Interhalogenverbindungen und
halogensubstituierte Kohlenwasserstoffderivate, und zwar im
einzelnen Halogene wie z.B. F2, Cl2, Br2 und J2; Halogenide
wie z.B. HF, HCl, HBr und HJ; Interhalogenverbindungen wie z.B. BrF, ClF, ClF3, BrF5, BrF3, JF3, JFy, JCl und JBr und
halogensubstituierte Kohlenwasserstoff derivate wie z.B. CF4, CHF3, CH2F2, CH3F, CCl4, CHCl3, CH2Cl2, CH3Cl, CBr4,
-15- DE 5663
CHBr3, CH2Br2, CHgBr, CJ4, CHJ3, CH2J2 und CH3J erwähnt
werden.
Als Beispiele des Ausgangsmaterials für die Zuführung einer
Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit 5
können die nachstehend gezeigten Verbindungen erwähnt werden.
Beispiele des Ausgangsmaterials für die Zuführung von Atomen der Elemente der Gruppe III sind Borhydride wie z.B.
B2H6, B4H10, B5H9, B5H11, B6H10, B6H12 und B5H14 und Borhalogenide
wie z.B. BFg, BCl3 und BBro für die Zuführung von
Boratomen und ferner AICI3, GaCl3, Ga(CH3J3, InCl3, TlCl3
und andere für die Zuführung anderer Atome.
Beispiele des Ausgangsmaterials für die Zuführung von Atomen der Elemente der Gruppe V sind Phosphorhydride wie z.B.
PH3 und P2H4 und Phosphorhalogenide wie z.B. PH4J, PF3,
PF5, PCl3, PCl5, PBr3, PBr5 und PJ3 für die Zuführung von
Phosphoratomen und ferner AsH3, AsF3, AsCl3, AsBr3, AsF5,
andere für die Zuführung anderer Atome.
SbH3, SbF3, SbF5, SbCl3, SbCl5, BiH3, BiCl3, BiBr3 und
Diese Ausgangsmaterialien können entweder einzeln oder in
Form einer Kombination von mehr als einer Art verwendet 25
werden.
In dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Bildung eines Dünnfilms werden für die Steuerung der Menge der Halogenatome,
die in dem zu bildenden Dünnfilm 4 enthalten sind, 30
und der Eigenschaften des Dünnfilms 4 z.B. die Substrattemperatur,
die Mengen der zugeführten gasförmigen Ausgangsmaterialien, die Entladungsleistung und der Druck in der Abscheidungskammer
entsprechend eingestellt.
BAD ORIGINAL
-16- DE 5663
. Die Substrattemperatur kann geeigneterweise 20 bis 1500 0C,
vorzugsweise 30 bis 1200 0C und insbesondere 50 bis 1100 0C
betragen.
Die zugeführten Mengen der gasförmigen Ausgangsmaterialien 5
werden in geeigneter Weise in Abhängigkeit von den gewünschten Betriebseigenschaften des Dünnfilms und der angestrebten
Filmbildungsgeschwindigkeit festgelegt.
Die Entladungsleistung kann geeigneterweise 0,001 bis 20
10 9 9
W/cm , vorzugsweise 0,01 bis 15 W/cm und insbesondere 0,05
bis 10 W/cm betragen.
Der Druck in der Abscheidungskammer kann vorzugsweise
13 mPa bis 1,3 kPa und insbesondere 1,3 Pa bis 0,67 kPa
15
betragen.
Der Dünnfilm in dem Heizwiderstandselement, der durch die
Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur
Bildung von Dünnfilmen erhalten wurde, hat Eigenschaften, 20
die den Eigenschaften von Diamant annähernd gleich sind.
D.h., er hat beispielsweise die Eigenschaften einer Vickers-Härte von 1800 bis 5000, einer Wärmeleitfähigkeit von 1,26
bis 8,4 J/cm's'grd und eines spezifischen Widerstandes
von 10 bis 10° Ohm'■ cm. Ferner kann ein Widerstandsele-25
ment erhalten werden, das auch eine sehr gute chemische Beständigkeit und Hitzebeständigkeit hat, weil der Dünnfilm
Halogenatome enthält.
In dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Bildung eines 30
Dünnfilms werden ferner für die Steuerung der Mengen der Halogenatome und der Substanz für die Steuerung der elektrischen
Leitfähigkeit und der Eigenschaften des gebildeten Dünnfilms 4, der eine Substanz für die Steuerung der elektrischen
Leitfähigkeit enthält, z.B. die Substrattem-35
peratur, die Mengen der zugeführten gasförmigen Ausgangsma-
SAD ORIGINAL
-17- DE 5663
terialien, die Entladungsleistung und der Druck in der Abscheidungskammer entsprechend eingestellt.
Die Substrattemperatur kann geeigneterweise 20 bis 1500 °C,
vorzugsweise 30 bis 1200 0C und insbesondere 50 bis 1100 0C
5
betragen.
Die zugeführten Mengen der gasförmigen Ausgangsmaterialien werden in geeigneter Weise in Abhängigkeit von den gewünschten
Betriebseigenschaften des Dünnfilms und der angestrebten Filmbildungsgeschwindigkeit festgelegt.
Die Entladungsleistung kann geeigneterweise 0,001 bis 20
W/cm , vorzugsweise 0,01 bis 15 W/cm' und insbesondere 0,05
bis 10 W/cm betragen.
Der Druck in der Abscheidungskammer kann vorzugsweise 13 mPa bis 1,3 kPa und insbesondere 1,3 Pa bis 0,67 kPa
betragen.
Der Dünnfilm in dem Heizwiderstandselement, der durch die Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur
Bildung von Dünnfilmen erhalten wurde, hat Eigenschaften, die den Eigenschaften von Diamant annähernd gleich sind.
D.h., er hat beispielsweise die Eigenschaften einer Vickers-Härte von 1800 bis 5000, einer Wärmeleitfähigkeit von 1,26
bis 8,4 J/cm"S'grd und eines spezifischen Widerstandes
von 10 bis 10 Ohm'cm. Ferner ist bei dem Dünnfilm die
Steuerbarkeit bzw. Einstellbarkeit des Widerstandswertes
sehr gut, weil er Halogenatome und eine Substanz für die 30
Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit enthält.
Das erfindungsgemäße Widerstandselement kann natürlich auf seinem funktioneilen Dünnfilm 4 auch mit einer (in Fig. 1
nicht gezeigten) Schicht versehen werden, die geeignete 35
Funktionen wie z.B. eine Schutzfunktion oder andere
Funktionen hat.
BAD ORIGINAL
-18- DE 5663
Die vorstehende Beschreibung bezog sich auf ein einzelnes Substrat 2, jedoch kann dar Substrat 2 auch ein Verbundmaterial
sein. Ein Beispiel für eine solche Ausführungsform ist in Fig. 2 gezeigt. Das in Fig. 2 gezeigte Substrat 2
besteht aus einem Verbundmaterial aus einem Grundabschnitt 5
2a und einer Oberflächenschicht 2b, und das unter Bezugnahme
auf die vorstehend erwähnte Fig. 1 beschriebene Substratmaterial kann beispielsweise als Grundabschnitt 2a
verwendet werden, während als Oberflächenschicht 2b ein
Material mit einem guten Haftvermögen an dem darauf zu 10
bildenden funktioneilen Dünnfilm 4 verwendet werden kann.
Die Oberflächenschicht 2b kann beispielsweise aus einem
bekannten amorphen Material mit einer Matrix von Kohlenstoffatomen oder aus einem bekannten Oxid bestehen. Eine
solche Oberflächenschicht 2b kann unter Verwendung eines
15
geeigneten Ausgangsmaterials erhalten werden, indem sie durch ein Verfahren, das dem vorstehend beschriebenen Dünnfilmbildungsverfahren
ähnlich ist, auf dem Grundabschnitt
ι * 2a abgeschieden wird. Ferner kann die Oberflächenschicht 2b
eine Glasurschicht aus einem üblichen glasartigen Material 20
sein.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Heizwiderstandselements
wird nachstehend schematisch erläutert.
25
Fig. 3 ist eine Abbildung, die ein Beispiel der Vorrichtung zeigt, die während der Bildung des funktioneilen Dünnfilms
auf der Substratoberfläche anzuwenden ist. Fig. 3 zeigt
eine Abscheidungskammer 1101, Gasbomben 1102 bis 1106, Durchfluß-Steuervorrichtungen 1107 bis 1111, Einströmventile
1112 bis 1116, Ausströmventile 1117 bis 1121, Gasbombenventile 1122 bis 1126, Auslaßdruck-Manometer 1127 bis 1131,
ein Hilfsventil 1132, einen Hebel 1133, ein Hauptventil 1134, ein Belüftungsventil 1135, eine Vakuummeßvorrichtung
1136, ein Substratmaterial 1137 des herzustellenden Wider-35
Standselements, eine Heizvorrichtung 1138, ein Substrathalteelement
1139, eine Hochspannungs-Stromquelle 1140, eine
-19- DE 5663
Elektrode 1141 und eine Abdeckvorrichtung 1142. Bei der Durchführung des Zerstäubungsverfahrens ist an der Elektrode
1141 ein Target 1142-1 angebracht.
Beispielsweise ist 1102 hermetisch abgeschlossen und mit CF4-GaS (Reinheit: 99,9 % oder höher), das mit Ar-Gas verdünnt
ist, gefüllt, und ist 1103 hermetisch abgeschlossen und mit C2Fg-GaS (Reinheit: 99,9 % oder höher), das mit Ar-Gas
verdünnt ist, gefüllt. Vor dem Einströmen der in diesen Bomben befindlichen Gase in die Abscheidungskammer wird
zuerst das Hauptventil 1134 geöffnet, um den Innenraum der Abscheidungskammer 1101 und die Gas-Rohrleitungen zu evakuieren,
nachdem bestätigt worden ist, daß die Gasbombenventile 1122 bis 1126 für die einzelnen Gasbomben 1102 bis
1106 und das Belüftungsventil 1135 geschlossen sind, und
ferner bestätigt worden ist, daß die Einströmventile 1112 bis 1116, die Ausströmventile 1117 bis 1121 und das Hilfsventil
1132 geöffnet sind. Dann werden das Hilfsventil 1132, die Einströmventile 1112 bis 1116 und die Ausströmventile
1117 bis 1121 geschlossen, wenn der an der Vakuummeßvorrichtung 1136 abgelesene Druck etwa 0,20 mPa erreicht
hat. Dann werden die Ventile der Gas-Rohrleitungen, die mit den Bomben verbunden sind, deren Gase in die Abscheidungskammer
1101 eingeleitet werden sollen, geöffnet, um die gewünschten Gase in die Abscheidungskammer 1101 einzuleiten.
Nachstehend wird ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Widerstandselements durch das
„0 Glimmentladungsverfahren unter Anwendung der vorstehend
beschriebenen Vorrichtung beschrieben. Durch Öffnen des Ventils 1122 wird CF^/Ar-Gas aus der Gasbombe 1102 ausströmen
und dann unter Einstellung des Auslaßdruck-Manometers 1127 auf 981 hPa durch allmähliches Öffnen des Einströmven-
„c- tils 1112 in die Durchfluß-Steuervorrichtung 1107 einströmen
gelassen. Darauf wird durch allmähliches Öffnen des Ausströmventils 1117 und des Hilfsventils 1132 CF4/Ar-Gas
BAD ORIGINAL
-20- DE 5663
- in die Abscheidungskammer 1101 eingeleitet- Während dieses
Vorgangs wird die Durchfluß-Steuervorrichtung 1107 so eingestellt,
daß die Durchflußgeschwindigkeit des CF^/Ar-Gases einen gewünschten Wert erreicht, und ferner wird die
Öffnung des Hauptventils 1134, während der an der Vakuum-5
preßvorrichtung 1136 abgelesene Druck beobachtet wird, so
eingestellt, daß der Druck in der Abscheidungskammer 1101 einen gewünschten Wert erreicht. Nachdem das Substrat 1137,
das durch das Substrathalteelement 1139 in der Abscheidungskammer 1101 gehalten wird, durch die Heizvorrichtung
1138 auf eine gewünschte Temperatur erhitzt worden ist, wird die Abdeckvorrichtung 1142 geöffnet, und in der Abscheidungskammer
1101 wird eine Glimmentladung erzeugt. Wenn der Gehalt der Halogenatome in dem Heizwiderstandselement
ungleichmäßig verteilt wird, kann ein Vorgang der Veränderung der Öffnung des Ausströmventils 1117 manuell
oder z.B. mittels eines Motors mit Außenantrieb durchgeführt werden, um die Durchflußgeschwindigkeit des CF^/Ar-Gases
mit dem Ablauf der Zeit gemäß einer vorher berechneten bzw. ausgewählten Änderungsgeschwindigkeitskurve zu
verändern, wodurch der Gehalt der F-Atome in dem funktionellen Dünnfilm 4 in der Filmdickenrichtung verändert wird.
Nachstehend wird ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung
des erfindungsgemäßen Widerstandselements durch das 25
Zerstäubungsverfahren unter Anwendung der vorstehend beschriebenen
Vorrichtung beschrieben. Auf der Elektrode 1141, an die mittels der Hochspannungs-Stromquelle 1140
eine Hochspannung anzulegen ist, wird vorher als Target ein hochreiner Graphit 1142-1 angeordnet. Ähnlich wie im Fall
des Glimmentladungsverfahrens wird in die Abscheidungskammer 1101 CF^/Ar-Gas aus der Gasbombe 1102 mit einer gewünschten
Durchflußgeschwindigkeit eingeleitet. Durch Einschalten der Hochspannungs-Stromquelle 1140 und Öffnen der
Abdeckvorrichtung 1142 wird das Target 1142-1 zerstäubt. 35
Die Vorgänge der Erhitzung des Substrats 1137 auf eine ge-
BAD
-21- DE 5663
, wünschte Temperatur durch die Heizvorrichtung 1138 und der Einstellung des Innenraums der Abscheidungskamraer 1101 auf
einen gewünschten Druck durch Steuern der Öffnung des Hauptventils 1134 sind dieselben wie im Fall des Glimmentladungsverfahrens
-
Um die Halogenatome in dem Heizwiderstandselement ungleichmäßig zu verteilen, wird beim Zerstäubungsverfahren ähnlich
wie im Fall des vorstehend beschriebenen Glimmentladungsverfahrens die Durchflußgeschwindigkeit des CF^/Ar-Gases
mit dem Ablauf der Zeit gemäß einer vorher berechneten bzw. ausgewählten Änderungsgeschwindigkeitskurve verändert,
wodurch der Gehalt der F-Atome in dem funktioneilen Dünnfilm 4 in der Filmdickenrichtung verändert werden kann.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Heizwiderstandselements,
das eine Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit enthält, wird nachstehend schematisch
erläutert.
1102 ist hermetisch abgeschlossen und mit CF^-Gas (Reinheit:
99,9 % oder höher), das mit Ar-Gas verdünnt ist, gefüllt; 1103 ist hermetisch abgeschlossen und mit BFg-Gas
(Reinheit: 99,9 % oder höher), das mit Ar-Gas verdünnt ist, gefüllt, und 1104 ist hermetisch abgeschlossen und mit PFc- D
Gas (Reinheit: 99,9 % oder höher), das mit Ar-Gas verdünnt ist, gefüllt. Vor dem Einströmen der in diesen Bomben
befindlichen Gase in die Abscheidungskammer 1101 wird zuerst das Hauptventil 1134 geöffnet, um den Innenraum der
Abscheidungskammer 1101 und die Gas-Rohrleitungen zu evakuieren, nachdem bestätigt worden ist, daß die Gasbombenventile
1122 bis 1126 für die einzelnen Gasbomben 1102 bis 1106 und das Belüftungsventil 1135 geschlossen sind, und
ferner bestätigt worden ist, daß die Einströmventile 1112
bis 1116, die Ausströmventile 1117 bis 1121 und das Hilfs-35
ventil 1132 geöffnet sind. Dann werden das Hilfsventil 1132, die Einströmventile 1112 bis 1116 und die Ausströmventile
-22- DE 5663
, 1117 bis 1121 geschlossen, wenn der an der Vakuummeßvox-richtung
1136 abgelesene Druck etwa 0,20 mPa erreicht hat. Dann werden die Ventile der Gas-Rohrleitungen, die mit den
Bomben verbunden sind, deren Gase in die Abscheidungskammer
1101 eingeleitet werden sollen, geöffnet, um die gewünsch-5
ten Gase in die Abscheidungskammer 1101 einzuleiten.
Nachstehend wird ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Widerstandselements durch das
Glimmentladungsverfahren unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung beschrieben. Durch Öffnen des
Ventils 1122 werden CF4/Ar-Gas aus der Gasbombe 1102 und
BFg/Ar-Gas aus der Gasbombe 1103 ausströmen und dann unter Einstellung der Auslaßdruck-Manometer 1127 und 1128 auf
981 hPa durch allmähliches Öffnen der Einströmventile 1112 15
und 1113 in die Durchfluß-Steuervorrichtung 1107 bzw. 1108
einströmen gelassen. Darauf werden durch allmähliches Öffnen der Ausströmventile 1117 und 1118 und des Hilfsventils
1132 CF4/Ar-Gas und BFß/Ar-Gas in die Abscheidungskammer
1101 eingeleitet. Während dieses Vorgangs werden die Durchfluß-Steuervorrichtungen 1107 und 1108 so eingestellt,
daß das Verhältnis der Durchflußgeschwindigkeit des CF4/Ar-Gases
zu der Durchflußgeschwindigkeit des BFg/Ar-Gases einen gewünschten Wert erreicht, und ferner wird die
Öffnung des Hauptventils 1134, während der an der Vakuum-25
meßvorrichtung 1136 abgelesene Druck beobachtet wird, so
eingestellt, daß der Druck in der Abscheidungskammer 1101 einen gewünschten Wert erreicht. Nachdem das Substrat 1137,
das durch das Substrathalteelement 1139 in der Abscheidungskammer 1101 gehalten wird, durch die Heizvorrichtung
30
1138 auf eine gewünschte Temperatur erhitzt worden ist, wird die Abdeckvorrichtung 1142 geöffnet, und in der Abscheidungskammer
1101 wird eine Gimmentladung erzeugt. Wenn Halogenatome und/oder eine Substanz für die Steuerung der
elektrischen Leitfähigkeit in dem Heizwiderstandselement
35
ungleichmäßig verteilt werden, kann ein Vorgang der Veränderung
der Öffnungen der Ausströmventile 1117 und 1118
-23- DE 5663
manuell oder z.B. mittels eines Motors mit Außenantrieb durchgeführt werden, um die Durchflußgeschwindigkeit des
CF^/Ar-Gases und/oder die Durchflußgeschwindigkeit des
BFg/Ar-Gases mit dem Ablauf der Zeit gemäß einer vorher
berechneten bzw. ausgewählten Änderungsgeschwindigkeitskur-5
ve zu verändern, wodurch der Gehalt der F-Atome und/oder der Gehalt der Substanz für die Steuerung der elektrischen
Leitfähigkeit in dem funktionellen Dünnfilm 4 in der Filmdickenrichtung
verändert wird.
Nachstehend wird ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Widerstandselements durch das
Zerstäubungsverfahren unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung beschrieben. Auf der Elektrode
1141, an die mittels der Hochspannungs-Stromquelle 1140 eine Hochspannung anzulegen ist, wird vorher als Target ein
hochreiner Graphit 1142-1 angeordnet. Ähnlich wie im Fall des Glimmentladungsverfahrens werden in die Abscheidungskammer
1101 CF4/Ar-Gas aus der Gasbombe 1102 und BFg/Ar-Gas
aus der Gasbombe 1103 mit der jeweils gewünschten Durchf lußgeschwindigkeit eingeleitet. Durch Einschalten der
Hochspannungs-Stromquelle 1140 und Öffnen der Abdeckvorrichtung 1142 wird das Target 1142-1 zerstäubt. Die Vorgänge
der Erhitzung des Substrats 1137 auf eine gewünschte
Temperatur durch die Heizvorrichtung 1138 und der Einsteins O
lung des Innenraums der Abscheidungskammer 1101 auf einen
gewünschten Druck durch Steuern der Öffnung des Hauptventils 1134 sind dieselben wie im Fall des Glimmentladungsverfahrens.
Wenn beim Zerstäubungsverfahren Halogenatome und/oder die
Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit ungleichmäßig in dem Heizwiderstandselement verteilt werden,
kann der Vorgang der Veränderung der Öffnungen der Ausströmventile 1117 und 1118 ähnlich wie im Fall des vor-
stehend beschriebenen Glimmentladungsverfahrens durchgeführt
werden, um die Durchflußgeschwindigkeit des CF4/Ar-
BAD ORIGiNAL
-24- DE 5663
"L Gases und/oder die Durchflußgeschwindigkeit des BFg/Ar-Gases
mit dem Ablauf der Zeit gemäß vorher berechneter bzw.
ausgewählter Änderungsgeschwindigkeitskurven zu verändern,
wodurch der Gehalt der F-Atome und/oder der Gehalt der
Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit 5
in dem funktioneilen Dünnfilm 4 in der Filmdickenrichtung verändert werden kann.
Wenn die Verteilung der Halogenatome in dem funktionellen Dünnfilm 4 in der Filmdickenrichtung ungleichmäßig ist,
kann der Gehalt der Halogenatome in dem funktionellen Dünnfilm 4 derart verändert werden, daß er von der Seite des
Substrats 2 her in Richtung auf die Oberflächenseite allmählich zunimmt oder daß der Gehalt im Gegenteil in der
vorstehend erwähnten Richtung abnimmt. Ferner kann der 15
Gehalt der Halogenatome in dem funktionellen Dünnfilm 4 derart verändert werden, daß er in dem Dünnfilm 4 einen
Höchstwert oder einen Mindestwert hat. Die Veränderung des Gehalts der Halogenatome in dem funktionellen Dünnfilm 4 in
der Filmdickenrichtung kann optimal so gewählt werden, daß 20
gewünschte Eigenschaften, die von der Anwendung des Heizwiderstandselements
abhängen, erhalten werden können.
Fig. 4 bis 9 zeigen Beispiele für die Veränderungen des
Gehalts der Halogenatome in dem funktionellen Dünnfilm 4 in 25
bezug auf die Filmdickenrichtung. In diesen Figuren stellt die Ordinate den Abstand T in der Filmdickenrichtung von
der Grenzfläche mit dem Substrat 2 dar, und t bedeutet die Filmdicke des funktionellen Dünnfilms 4. Andererseits
on stellt die Abszisse den Gehalt C der Halogenatome dar. In
den einzelnen Figuren sind die Maßstäbe auf der Ordinate T und auf der Abszisse C nicht unbedingt gleichförmig, sondern
sie sind so verändert, daß die Merkmale der einzelnen Figuren gezeigt werden. Infolgedessen werden bei der prak-„,-tischen
Anwendung für die einzelnen Figuren verschiedene Verteilungen, die auf dem Unterschied in besonderen numerischen
Werten basieren, angewandt.
-25- DE 5663
·, Wenn in dem funktioneilen Dünnfilm 4 eine Substanz für die
Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit enthalten ist,
kann sie ähnlich wie die vorstehend erwähnten Halogenatome so gewählt werden, daß gewünschte Eigenschaften erhalten
werden können. Auch in diesem Fall können Veränderungen im 5
Gehalt gewählt werden, wie sie in Fig. 4 bis 9 gezeigt
sind.
Die Veränderung im Gehalt der Halogenatome muß nicht mit der Veränderung im Gehalt der Substanz für die Steuerung
der elektrischen Leitfähigkeit übereinstimmen, sondern die jeweiligen Veränderungen können in Abhängigkeit von den
gewünschten Eigenschaften festgelegt werden.
Wie es vorstehend beschrieben wurde, werden durch die Ver-15
wendung eines amorphen Materials, das in einer Matrix von
Kohlenstoffatomen Halogenatome enthält, als funktioneller Dünnfilm ein Heizwiderstandselement, das hinsichtlich des
Ansprechens der Wärmeerzeugung bzw. des thermischen Ansprechverhaltens, der Wärmeleitfähigkeit, der Hitzebestän-20
digkeit und/oder der Haltbarkeit und ferner hinsichtlich der chemischen Beständigkeit und der Wärmefestigkeit besonders
gut ist, und ein Heizwiderstand mit dem Widerstandselement bereitgestellt.
Des weiteren werden durch die Verwendung eines amorphen Materials, das in einer Matrix von Kohlenstoffatomen Halogenatome
und eine Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit enthält, ein Heizwiderstandselement,
das hinsichtlich des Ansprechens der Wärmeerzeugung bzw. 30
des thermischen Ansprechverhaltens, der Wärmeleitfähigkeit, der Hitzebeständigkeit und/oder der Haltbarkeit und ferner
hinsichtlich der Steuerbarkeit bzw. Einstellbarkeit des Widerstandswertes besonders gut ist, und ein Heizwiderstand
o_ mit dem Widerstandselement bereitgestellt.
BAD ORIGINAL
-26- DE 5663
^ Außerdem können verschiedene Eigenschaften wie z.B. das
Wärmespeicherungsvermögen, das Wärmeableitungsvermögen und das Haftvermögen des Substrats und des funktioneilen Dünnfilms
aneinander leicht realisiert werden, indem dafür gesorgt wird, daß die Halogenatome und/oder eine Substanz
für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit in der
Filmdickenrichtung des funktionellen Dünnfilms ungleichmäßig verteilt sind.
Nachstehend werden spezielle Beispiele für das erfindungsgemäße Heizwiderstandselement gezeigt.
Unter Verwendung einer Aluminiumoxidkeramikplatte als
15
Substrat wurde auf der Oberfläche dieses Substrats als funktioneller Dünnfilm eine Heizwiderstandsschicht gebildet.
Die Abscheidung der Heizwiderstandsschicht wurde mittels des Glimmentladungsverfahrens unter Anwendung einer
Vorrichtung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, durchgeführt. Als gasförmiges Ausgangsmaterial wurde CF^/Ar = 0,5 (Volumenverhältnis)
verwendet. Die Bedingungen während der Abscheidung waren wie in Tabelle 1 gezeigt. Während der
Abscheidung wurden der Öffnungsgrad der einzelnen Ventile
und andere Bedingungen konstant gehalten, und die Heizwi-25
derstandsschicht wurde mit einer Dicke, die in Tabelle 1
gezeigt ist, gebildet.
Nach der Bildung einer Aluminiumschicht auf der Wider-
_ Standsschicht durch das Elektronenstrahl -Auf dampf ungsver-30
fahren wurde die Aluminiumschicht durch ein Photolithographieverfahren
unter Ausbildung einer gewünschten Gestalt geätzt, um mehrere bzw. viele Elektrodenpaare zu bilden.
Dann wurde die Widerstandsschicht in einem vorher festge-35
legten Bereich durch ein Photolithographieverfahren unter Anwendung eines Ätzmittels vom HF-Typ entfernt. In diesem
-27- DE 5663
, Beispiel betrug die Größe der zwischen den Elektroden der
vorstehend erwähnten Elektrodenpaare liegenden Widerstandsschicht jeweils 100 μπα χ 100 μΐη. In diesem Beispiel wurden
auf dem Substrat mehrere bzw. viele Heizwiderstände hergestellt, so daß die zwischen den Elektroden der Elektroden-
paare gebildeten Heizwiderstandselemente mit einem derartigen
Abstand angeordnet waren, daß ihre Zahl 8/mm betrug. Fig. 10 zeigt eine Teil-Schnittansicht des auf diese Weise
hergestellten Heizwiderstands mit einem Substrat 2, einer Heizwiderstandsschicht 4 und einem Elektrodenpaar 6, 7.
Der elektrische Widerstand jedes auf diese Weise erhaltenen Heizwiderstands wurde gemessen und betrug 80 Ohm.
Ferner wurde die Haltbarkeit des erwähnten Heizwiderstands 15
gemessen, indem inden gemäß diesem Beispiel erhaltenen Heizwiderstand elektrische Impulssignale eingegeben wurden.
Für die elektrischen Impulssignale betrug das Tastverhältnis 50 %, die angelegte Spannung 20 V und die Treiberfrequenz
0,5 kHz, 1,0 kHz und 2,0 kHz.
Es ergab sich, daß die Heizwiderstände in jedem Fall der Ansteuerung mit verschiedenen Treiberfrequenzen selbst dann
nicht zerstört wurden, als die Zahl der eingegebenen elektrischen Impulssignale 1 χ 10 erreichte, und daß ihre Widerstandswerte
im wesentlichen unverändert waren.
Eine Heizwiderstandsschicht mit derselben Dicke wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 abgeschieden, wobei jedoch
das gasförmige Ausgangsmaterial zu C2Fg/Ar = 0,2 (Volumenverhältnis)
und die Entladungsleistung zu 2 W/cm verändert wurde.
Als dann Heizwiderstände hergestellt wurden und in diese in derselben Weise wie in Beispiel 1 elektrische Impulssignale
BAD ORIGINAL
-28- DE 5663
eingegeben wurden, wurden die Heizwiderstände selbst dann nicht zerstört, als die Zahl der eingegebenen elektrischen
Impulssignale 1 χ 10 erreichte. Ferner
derung des Widerstandswertes beobachtet.
derung des Widerstandswertes beobachtet.
Impulssignale 1 χ 10 erreichte. Ferner wurde keine Verän-
Heizwiderstände wurden hergestellt, indem eine Heizwiderstandsschicht
in derselben Weise wie in Beispiel 1 abgeschieden wurde, wobei jedoch das Substrat zu #7059-Glas
(hergestellt durch Corning Glass Works) verändert wurde.
Als die auf diese Weise erhaltenen Heizwiderstände in derselben Weise wie in Beispiel 1 angesteuert wurden, wurde
bestätigt, daß sie ähnlich wie die Heizwiderstände in Bei-15
spiel 1 eine zufriedenstellende Haltbarkeit hatten.
Heizwiderstände wurden hergestellt, indem eine Heizwider-20
Standsschicht in derselben Weise wie in Beispiel 2 abgeschieden wurde, wobei jedoch das Substrat zu #7059-Glas
(hergestellt durch Corning Glass Works) verändert wurde.
Als die auf diese Weise erhaltenen Heizwiderstände in der-25
selben Weise wie in Beispiel 2 angesteuert wurden, wurde bestätigt, daß sie ähnlich wie die Heizwiderstände in Beispiel
2 eine zufriedenstellende Haltbarkeit hatten.
Beispiel 5 30
Unter Verwendung einer Aluminiumoxidkeramikplatte als Substrat wurde auf der Oberfläche dieses Substrats als
funktioneller Dünnfilm eine Heizwiderstandsschicht gebildet. Die Abscheidung der Heizwiderstandsschicht wurde mit-35
tels des Zerstäubungsverfahrens unter Anwendung einer Vorrichtung,
wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, durchgeführt. Als
-29- DE 5663
. Target für die Zerstäubung wurde ein Graphit mit einer
Reinheit von 99,9 % oder höher verwendet, und als gasförmiges Ausgangsmaterial wurde CF4/Ar =0,5 (Volumenverhältnis)
verwendet. Die Bedingungen während der Abscheidung
waren wie in Tabelle 1 gezeigt. Der Gasdruck in der Ab-5
scheidungskammer betrug während der Zerstäubung 5,3 Pa.
Während der Abscheidung wurden der Öffnungsgrad der einzelnen
Ventile und andere Bedingungen konstant gehalten, und die Heizwiderstandsschicht wurde mit einer Dicke, die
in Tabelle 1 gezeigt ist, gebildet.
Unter Verwendung der auf diese Weise hergestellten Widerstandsschicht
wurden Heizwiderstände hergestellt, und ferner wurden in diese in derselben Weise wie in Beispiel 1
elektrische Impulssignale eingegeben, wobei bestätigt 15
wurde, daß die Heizwiderstände ähnlich wie die Heizwiderstände in Beispiel 1 eine ausgezeichnete Haltbarkeit hatten.
BAD ORIGINAL
Beispiel Nr. I |
Aus- gangs- 1· material ( |
Sasdurchfluß- jeschwindig- ceit Norm-cm3/min1 |
Entla dung ö- leistung (W/cm2) |
,Substrat tempera tur (0C) |
Film- ι I dicke (nm) , |
I 1 |
CF /Ar = 0?5 |
50 | 1 | 350 | Π 300,0 ι |
2 | C,F,/Ar | 50 | 2 | 350 | 300,0 |
3 | CF./Ar = 0,5 |
50 | 1 | 350 | 3 0 0,0 ; |
4 | C0F,/Ar loh |
50 | 2 | 350 | 300,0 |
5 | CF./Ar = 0.5 |
20 | 5,5 | 350 | 30O1O |
CD CD CD
σ» cn ω
-31- DE 5663
Heizwiderstände wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch die Durchflußgeschwindigkeit des
CF^/Ar-Gases verändert wurde, indem während der Abscheidung der Heizwiderstandsschicht der Öffnungsgrad des Ventils
kontinuierlich verändert wurde. Die Bedingungen während der Abscheidung und die Dicke der Heizwiderstandsschicht waren
wie in Tabelle 2 gezeigt.
Der elektrische Widerstand jedes auf diese Weise erhaltenen
Heizwiderstands wurde gemessen und betrug 85 Ohm.
Ferner wurde die Haltbarkeit der erwähnten Heizwiderstände
gemessen, indem in die gemäß diesem Beispiel erhaltenen 15
Heizwiderstände elektrische Impulssignale eingegeben wurden. Für die elektrischen Impulssignale betrug das Tastverhältnis
50 %, die angelegte Spannung 20 V und die Treiberfrequenz 0,5 kHz, 1,0 kHz und 2,0 kHz.
Es ergab sich, daß die Heizwiderstände in jedem Fall der Ansteuerung mit verschiedenen Treiberfrequenzen selbst dann
nicht zerstört wurden, als die Zahl der eingegebenen elektrischen Impulssignale 1 χ 10 ^ erreichte, und daß ihre
Widerstandswerte im wesentlichen unverändert waren. 25
Eine Heizwiderstandsschicht mit derselben Dicke wurde in derselben Weise wie in Beispiel 6 abgeschieden, wobei je-
doch das gasförmige Ausgangsmaterial zu C2Fg/Ar = 0,2 (Volumenverhältnis)
und die Entladungsleistung zu 2 W/cm
verändert wurde.
verändert wurde.
Als dann Heizwiderstände hergestellt wurden und in diese in
derselben Weise wie in Beispiel 6 elektrische Impulssignale eingegeben wurden, wurden die Heizwiderstände selbst dann
-32- DE 5663
, nicht zerstört, als die Zahl der eingegebenen elektrischen
Impulssignale 1 χ 10 erreichte. Ferner wurde keine Veränderung
des Widerstandswertes beobachtet.
Beispiel 8 5
Heizwiderstände wurden hergestellt, indem eine Heizwiderstandsschicht
in derselben Weise wie in Beispiel 6 abgeschieden wurde, wobei jedoch das Substrat zu #7059-Glas
(hergestellt durch Corning Glass Works) verändert wurde und die Durchflußgeschwindigkeit des CF4/Ar-Gases verändert
wurde.
Als die auf diese Weise erhaltenen Heizwiderstände in derselben Weise wie in Beispiel 6 angesteuert wurden, wurde
bestätigt, daß sie ähnlich wie die Heizwiderstände in Beispiel 6 eine zufriedenstellende Haltbarkeit hatten.
Heizwiderstände wurden hergestellt, indem eine Heizwiderstandsschicht
in derselben Weise wie in Beispiel 7 abgeschieden wurde, wobei jedoch das Substrat zu #7059-Glas
verändert wurde und die Durchflußgeschwindigkeit des
C2Fg/Ar-Gases verändert wurde.
Als die auf diese Weise erhaltenen Heizwiderstände in derselben Weise wie in Beispiel 7 angesteuert wurden, wurde
bestätigt, daß sie ähnlich wie die Heizwiderstände in Beispiel 7 eine zufriedenstellende Haltbarkeit hatten.
Heizwiderstände wurden in derselben Weise wie in Beispiel 5
hergestellt, wobei jedoch die Durchflußgeschwindigkeit des 35
CF^/Ar-Gases verändert wurde, indem während der Abscheidung
der Heizwiderstandsschicht der Öffnungsgrad des Ventils
-33- DE 5663
Ί kontinuierlich verändert wurde. Die Bedingungen während der
Abscheidung und die Schichtdicke der hergestellten Heizwiderstandsschicht waren wie in Tabelle 2 gezeigt.
Unter Verwendung der auf diese Weise hergestellten Wider-5
standsschicht wurden Heizwiderstände hergestellt, und ferner
wurden in diese in derselben Weise wie in Beispiel 6 elektrische Impulssignale eingegeben, wobei bestätigt
wurde, daß die Heizwiderstände ähnlich wie die Heizwiderstände in Beispiel 6 eine ausgezeichnete Haltbarkeit hatten.
Beispiel Nr. |
Ausgangsmaterial | Gasdurchfluß geschwindig keit ο (Norm-cm /min) |
Entla dungs leistung (W/cm2) |
Substrat tempera- : tür (0C) |
FiIm- dicke'- (nm) |
6 | CF4/Ar = O ,5 | 50 - 20 | 1 | 350 | 300,0 |
7 | C2F6Mr = O,2 | 50 - 20 | 2 | 350 | 300,0 |
8 | CF4Mr = O,5 | 20 - 50 | 1 | 350 | 300,0 |
9 | C2F6Mr = O,2 | 20 + 50 | 2 | 350 | 300,0 |
10 | CF4Mr = O,5 | 20 -* 10 | 5,5 | 350 | 300,0 |
σ> ο co cn
-35- DE 5663
. Beispiel 11
Unter Verwendung einer Aluminiumoxidkeramikplatte als Substrat wurde auf der Oberfläche dieses Substrats als
funktioneller Dünnfilm eine Heizwiderstandsschicht gebil-5
det. Die Abscheidung der Heizwiderstandsschicht wurde mittels des Glimmentladungsverfahrens unter Anwendung einer
Vorrichtung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, durchgeführt.
Als gasförmige Ausgangsmaterialien wurden CF^/Ar =0,5 (Volumenverhältnis) und BFg/Ar = 1000 ppm (Volumenverhältnis)
verwendet. Die Bedingungen während der Abscheidung waren wie in Tabelle 3 gezeigt. Während der Abscheidung
wurden der Öffnungsgrad der einzelnen Ventile und andere Bedingungen konstant gehalten, und die Heizwiderstandsschicht
wurde mit einer Dicke, die in Tabelle 3 gezeigt 15
ist, gebildet.
Nach der Bildung einer Aluminiumschicht auf der Widerstandsschicht
durch das Elektronenstrahl-Aufdampfungsverfahren wurde die Aluminiumschicht durch ein Photolithographieverfahren
unter Ausbildung einer gewünschten Gestalt geätzt, um mehrere bzw. viele Elektrodenpaare zu bilden.
Dann wurde die Widerstandsschicht in einem vorher festgelegten Bereich durch ein Photolithographieverfahren unter
25
Anwendung eines Ätzmittels vom HF-Typ entfernt. In diesem Beispiel betrug die Größe der zwischen den Elektroden der
vorstehend erwähnten Elektrodenpaare liegenden Widerstandsschicht jeweils 100 Jim χ 100 μπι. In diesem Beispiel wurden
auf dem Substrat mehrere bzw. viele Heizwiderstände herge-
stellt, so daß die zwischen den Elektroden der Elektrodenpaare gebildeten Heizwiderstandselemente mit einem derartigen
Abstand angeordnet waren, daß ihre Zahl 8/mm betrug. Fig. 10 zeigt eine Teil-Schnittansicht des auf diese Weise
hergestellten Heizwiderstands mit einem Substrat 2, einer Heizwiderstandsschicht 4 und einem Elektrodenpaar 6, 7.
SAD OnlQlhiAl
-36- DE 5663
^ Der elektrische Widerstand jedes auf diese Weise erhaltenen
Heizwiderstands wurde gemessen und betrug 75 Ohm.
Ferner wurde die Haltbarkeit der erwähnten Heizwiderstände
gemessen, indem in die gemäß diesem Beispiel erhaltenen 5
Heizwiderstände elektrische Impulssignale eingegeben wurden. Für die elektrischen Impulssignale betrug das Tastverhältnis
50 %, die angelegte Spannung 20 V und die Treiberfrequenz 0,5 kHz, 1,0 kHz und 2,0 kHz.
Es ergab sich, daß die Heizwiderstände in jedem Fall der Ansteuerung mit verschiedenen Treiberfrequenzen selbst dann
nicht zerstört wurden, als die Zahl der eingegebenen elektrischen Impulssignale 1 χ 10 erreichte, und daß ihre
Widerstandswerte im wesentlichen unverändert waren.
Eine Heizwiderstandsschicht mit derselben Dicke wurde in
derselben Weise wie in Beispiel 11 abgeschieden, wobei 20
jedoch die gasförmigen Ausgangsmaterialien zu CF^/Ar = 0,5
(Volumenverhältnis) und PF^/Ar = 1000 ppm (Volumenverhältnis) verändert wurden.
Als dann Heizwiderstände hergestellt wurden und in diese in 25
derselben Weise wie in Beispiel 11 elektrische Impulssignale eingegeben wurden, wurden die Heizwiderstände selbst
dann nicht zerstört, als die Zahl der eingegebenen elektrischen Impulssignale 1 χ 10 erreichte. Ferner wurde keine
Veränderung des Widerstandswertes beobachtet.
Heizwiderstände wurden hergestellt, indem eine Heizwiderstandsschicht
in derselben Weise wie in Beispiel 11 abgeschieden wurde, wobei jedoch das Substrat zu #7059-Glas
(hergestellt durch Corning Glass Works) verändert wurde.
-37- DE 5663
Als die auf diese Weise erhaltenen Heizwiderstände in derselben
Weise wie in Beispiel 11 angesteuert wurden, wurde bestätigt, daß sie ähnlich wie die Heizwiderstände in Beispiel
11 eine zufriedenstellende Haltbarkeit hatten.
Heizwiderstände wurden hergestellt, indem eine Heizwiderstandsschicht
in derselben Weise wie in Beispiel 12 abgeschieden wurde, wobei jedoch das Substrat zu #7059-Glas
verändert wurde.
Als die auf diese Weise erhaltenen Heizwiderstände in derselben Weise wie in Beispiel 12 angesteuert wurden, wurde
. bestätigt, daß sie ähnlich wie die Heizwiderstände in Beib
spiel 12 eine zufriedenstellende Haltbarkeit hatten.
I0 Ausgangs.materiali ( |
Tabelle 3 | Entla dungs leistung * ) (W/cm2) |
Substrat tempera tur (0C) |
Film dicke, (nm) |
3609503
-38- |
|
CF4ZAr=O,5 BF./Ar=1000 ppm |
1,5 | 350 | 300,0 | |||
Beispiel Nr. |
CF4Mr = O,5 PF5Mr=IOOO ppm |
asdurchfluß- eschwindig- .eit Norm-cm /min |
1,5 | 350 | 30O7O | J α |
11 | CF4Mr = O,5 BF3Mr=IOOO Ppm |
50 125 |
1,5 | 350 | 30 0,0 | |
12 | CF4Mr = O,5 PF 5Mr=1000 ppm |
50 125 |
1/5 | 350 | 30O7O | |
13 | 50 125 |
|||||
14 | 50 125 |
|||||
-39- DE 5663
Heizwiderstände wurden in derselben Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, wobei jedoch die Durchflußgeschwindigkeit
des CF^/Ar-Gases verändert wurde, indem während der Bildung
ο
der Heizwiderstandsschicht der Öffnungsgrad des Ventils
kontinuierlich verändert wurde. Die Bedingungen während der Abscheidung und die Dicke der Heizwiderstandsschicht waren
wie in Tabelle 4 gezeigt.
Der elektrische Widerstand jedes auf diese Weise erhaltenen
Heizwiderstands wurde gemessen und betrug 80 Ohm.
Ferner wurde die Haltbarkeit jedes Heizwiderstands gemessen, indem in die gemäß diesem Beispiel erhaltenen Heizwi-15
derstände elektrische Impulssignale eingegeben wurden. Für die elektrischen Impulssignale betrug das Tastverhältnis
50 %, die angelegte Spannung 20 V und die Treiberfrequenz 0,5 kHz, 1,0 kHz und 2,0 kHz.
Es ergab sich, daß die Heizwiderstände in jedem Fall der Ansteuerung mit verschiedenen Treiberfrequenzen selbst dann
nicht zerstört wurden, als die Zahl der eingegebenen elektrischen Impulssignale 1 χ 10 erreichte, und daß ihre
Widerstandswerte im wesentlichen unverändert waren. 25
Eine Heizwiderstandsschicht mit derselben Dicke wurde in
derselben Weise wie in Beispiel 15 abgeschieden, wobei 30
jedoch die gasförmigen Ausgangsmaterialien zu CF^/Ar =0,5
(Volumenverhältnis) und PF5/Ar = 1000 ppm (Volumenverhältnis)
verändert wurden.
Als Heizwiderstände hergestellt wurden und in diese in 35
derselben Weise wie in Beispiel 15 elektrische Impulssignale eingegeben wurden, wurden die Heizwiderstände selbst
-40- DE 5663
, dann nicht zerstört, als die Zahl der eingegebenen elektrisehen
Impulssignale 1 χ 10 erreichte. Ferner wurde keine Veränderung des Widerstandswertes beobachtet.
Heizwiderstände wurden hergestellt, indem eine Heizwiderstandsschicht
in derselben Weise wie in Beispiel 15 abgeschieden wurde, wobei jedoch das Substrat zu #7059-Glas
verändert wurde und die Durchflußgeschwindigkeit des CF^/Ar-Gases verändert wurde.
Als die auf diese Weise erhaltenen Heizwiderstände in derselben Weise wie in Beispiel 15 angesteuert wurden, wurde
bestätigt, daß sie ähnlich wie die Heizwiderstände in Beispiel 15 eine zufriedenstellende Haltbarkeit hatten.
Heizwiderstände wurden hergestellt, indem eine Heizwider-Standsschicht
in derselben Weise wie in Beispiel 16 abgeschieden wurde, wobei jedoch das Substrat zu #7059-Glas
verändert wurde und die Durchflußgeschwindigkeit des CF^/Ar-Gases verändert wurde.
Als die auf diese Weise erhaltenen Heizwiderstände in derselben Weise wie in Beispiel 16 angesteuert wurden, wurde
bestätigt, daß sie ähnlich wie die Heizwiderstände in Beispiel 16 eine zufriedenstellende Haltbarkeit hatten.
Beispiel Nr. |
Ausgangsmaterial· £ ( |
5asdurchfluß- feschwindig- :eit Norm-cm^/min) |
Entla dung s- leistung1 (W/cm2) |
Substrat tempera tur (0C) |
Film dicke (nm) |
15 i |
CF4/Ar = O,5 BF3/Ar=1000 ppm |
50 -«-70 125 |
1,5 | 350 | 300,0 |
16 | CF4Mr = O,5 PF5/Ar=1000 ppm |
50 +70 125 |
1.5 | 350 | 300,0 |
17 | CF-Mr = O,5 . BF3/Ar=1000 ppm |
50 +30 125 |
1,5 | 350 | 300,0 |
18 | CF4Mr = O,5 PF5Mr=IOOO ppm |
50 +30 125 |
1,5 | 350 | 30O7O |
Claims (37)
1. Heizwiderstandselement, gekennzeichnet durch einen auf einem Substrat gebildeten funktioneilen Dünnfilm aus einem
amorphen Material, das in einer Matrix von Kohlenstoffatomen Halogenatome enthält.
2. Heizwiderstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gehalt der Halogenatome in dem funktionellen Dünnfilm 0,0001 bis 30 Atom-% beträgt.
3. Heizwiderstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei den Halogenatomen um F oder Cl handelt.
4. Heizwiderstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Substrat an der Seite, auf der der funktionelle Dünnfilm gebildet ist, eine Oberflächenschicht
hat, die aus einem amorphen Material mit einer Matrix von Kohlenstoffatomen besteht.
5. Heizwiderstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halogenatome in der Filmdickenrichtung des funktionellen Dünnfilms ungleichmäßig verteilt sind.
-2- DE 5663
.
6. Hoizwiderstandselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gehalt der Halogenatome in dem funktioneilen Dünnfilm 0,0001 bis 30 Atom-% beträgt.
7. Heizwiderstandselement nach Anspruch 5, dadurch gekenn-5
zeichnet, daß es sich bei den Halogenatomen um F oder Cl
handelt.
8. Heizwiderstandselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Substrat an der Seite, auf der der funktionelle Dünnfilm gebildet ist, eine Oberflächenschicht
hat, die aus einem amorphen Material mit einer Matrix von Kohlenstoffatomen besteht.
9. Heizwiderstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn-15
zeichnet, daß der funktionelle Dünnfilm ferner eine Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit
enthält.
10. Heizwiderstandselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gehalt der Halogenatome in dem funktioneilen Dünnfilm 0,0001 bis 30 Atom-% beträgt.
11. Heizwiderstandselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei den Halogenatomen um F oder Cl
handelt.
12. Heizwiderstandselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gehalt der Substanz für die Steuerung der
elektrischen Leitfähigkeit 0,01 bis 50.000 Atom-ppm be-30
trägt.
13. Heizwiderstandselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei der Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit um Atome eines zu der Gruppe
III des Periodensystems gehörenden Elements handelt.
-3- DE 5663
.
14. Heizwiderstandselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei der Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit um Atome eines zu der Gruppe
V des Periodensystems gehörenden Elements handelt.
15. Heizwiderstandselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Substrat an der Seite, auf der der funktioneile Dünnfilm gebildet ist, eine Oberflächenschicht
hat, die aus einem amorphen Material mit einer Matrix von
Kohlenstoffatomen besteht. 10
16. Heizwiderstandselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halogenatome und/oder die Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit in der Filmdickenrichtung
des funktioneilen Dünnfilms gleichmäßig
verteilt sind.
17. Heizwiderstandselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gehalt der Halogenatome in dem ^c
funktionellen Dünnfilm 0,0001 bis 30 Atom-% beträgt. '"
κ
18. Heizwiderstandselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei den Halogenatomen um F oder Cl handelt.
19. Heizwiderstandselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gehalt der Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit in dem funktionellen Dünnfilm
0,01 bis 50.000 Atom-ppm beträgt.
20. Heizwiderstandselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei der Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit um Atome eines zu der
Gruppe III des Periodensystems gehörenden Elements handelt.
-4- DE 5663
21. Heizwiderstandselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei der Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit um Atome eines zu der
Gruppe V des Periodensystems gehörenden Elements handelt.
22. Heizwiderstandselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß das Substrat an der Seite, auf der der funktioneile Dünnfilm gebildet ist, eine Oberflächenschicht
hat, die aus einem amorphen Material mit einer Matrix von
Kohlenstoffatomen besteht.
23. Heizwiderstandselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halogenatome mit einem größeren Gehalt an der Seite des Substrats verteilt sind.
24. Heizwiderstandselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halogenatome mit einem kleineren Gehalt an der Seite des Substrats verteilt sind.
25. Heizwiderstandselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halogenatome mit einem größeren Gehalt im mittleren Bereich in der Schichtdickenrichtung verteilt
sind.
26. Heizwiderstandselement nach Anspruch 23, dadurch ge-25
kennzeichnet, daß die Verteilungskonzentration der Halogenatome von der Substratseite her allmählich abnimmt.
27. Heizwiderstandselement nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verteilungskonzentration der Halogen-
atome von der Substratseite her allmählich zunimmt.
28. Heizwiderstandselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halogenatome und/oder die Substanz
für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit mit
35
einem größeren Gehalt an der Seite des Substrats verteilt
sind.
-5- DE 5663
,
29. Heizwiderstandselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halogenatome und/oder die Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit mit einem
kleineren Gehalt an der Seite des Substrats verteilt sind.
30. Heizwiderstandselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halogenatome und/oder die Substanz für die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit mit einem
größeren Gehalt im mittleren Bereich in der Schichtdickenrichtung verteilt sind.
31. Heizwiderstandselement nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verteilungskonzentration der Halogenatome und/oder der Substanz für die Steuerung der elektrischen
Leitfähigkeit von der Substratseite her allmählich abnimmt.
32. Heizwiderstandselement nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verteilungskonzentration der Halogenid
atome und/oder der Substanz für die Steuerung der elektri- '
sehen Leitfähigkeit von der Substratseite her allmählich
zunimmt.
33. Heizwiderstandselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verteilungszustand der Halogenatome
von dem Verteilungszustand der Substanz für die Steuerung
der elektrischen Leitfähigkeit verschieden ist.
34. Heizwiderstand, gekennzeichnet durch das Heizwider-Standselement
nach Anspruch 1 und ein Paar Elektroden, die mit dem Heizwiderstandselement elektrisch leitend verbunden
sind.
35. Heizwiderstand, gekennzeichnet durch das Heizwiderstandselement
nach Anspruch 5 und ein Paar Elektroden, die
mit dem Heizwiderstandselement elektrisch leitend verbunden sind.
-6- DE 5663
36. Heizwiderstand, gekennzeichnet durch das Heizwiderstandselement
nach Anspruch 9 und ein Paar Elektroden, die mit dem Heizwiderstandselement elektrisch leitend verbunden
sind.
37. Heizwiderstand, gekennzeichnet durch das Heizwiderstandselement
nach Anspruch 16 und ein Paar Elektroden, die mit dem Heizwiderstandselement elektrisch leitend verbunden
sind.
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---|---|---|---|
JP60055654A JPS61216301A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | 発熱抵抗体 |
JP60058843A JPS61218111A (ja) | 1985-03-23 | 1985-03-23 | 発熱抵抗体 |
JP60058845A JPS61218113A (ja) | 1985-03-23 | 1985-03-23 | 発熱抵抗体 |
JP60058527A JPS61218105A (ja) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | 発熱抵抗体 |
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---|---|---|---|
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