Информационно-познавательный сайт     Материаловедение     Электроматериаловедение  

3. Проводниковые материалы

3.4.2. Пленочные резистивные материалы


top include

 

Меню разделов:
Аквариумистика
Биология
Вирусология
История
Материаловедение
Менеджмент
Радиоэлектроника
Фармация
Физика

 

top-2 include right include

 

Пленочные резистивные материалы получают из исходных материалов в процессе получения самих резистивных пленок. Свойства таких резистивных пленок значительно отличаются от свойств исходных материалов. Тонкие резистивные пленки наносят на изоляционные основания (подложки) методом термического испарения в вакууме; катодным, реактивным и ионоплазменным распылением, электрохимическим и химическим осаждением и др. В качестве оснований используют стекло, керамику, ситалл, поликор, слоистые пластики и др.

К материалам, применяемым для изготовления пленочных резисторов, предъявляются следующие требования:

- возможность изготовления стабильных во времени резисторов с низким температурным коэффициентом удельного электрического сопротивления ТКρ,

- хорошая адгезия к подложкам,

- высокая коррозионная стойкость,

- устойчивость к длительному воздействию высокой температуры.

В зависимости от исходных материалов пленочные резисторы разделяют на металлопленочные и металлооксидные, композиционные, углеродистые.

Для изготовления металлопленочных и металлооксидных резисторов применяют тугоплавкие металлы: тантал, титан, никель, хром, палладий, рений, вольфрам и сплавы на их основе.

Металлопленочные резисторы обладают следующими свойствами:

- толщина тонких резистивных пленок 1...10 мкм;

- повышенные значения удельного поверхностного сопротивления ρh;

- низкие значения температурного коэффициента поверхностного электрического сопротивления ТКρh;

- температурный коэффициент удельного электрического сопротивления ТКρ пленок толщиной менее нескольких нанометров отрицателен;

- мелкозернистая структура;

- удельное объемное сопротивление пленок зависит от толщины и больше, чем у исходных материалов.

В зависимости от толщины пленок и условий их нанесения параметры металлопленочных резисторов можно регулировать в широком диапазоне. Для повышения электрического сопротивления резистивных пленок из титана и тантала их наносят реактивным распылением в атмосфере азота, кислорода или углерода, т.е. совмещают процессы получения проводящих и диэлектрических слоев в одном цикле с использованием одного и того же материала. При окислении на поверхности металлических пленок образуются оксиды титана и тантала, которые обладают хорошими диэлектрическими свойствами.

Пленочные резисторы из рения и вольфрама получают методом катодного распыления и защищают тонким слоем двуокиси кремния для стабилизации электрического сопротивления. Такие пленочные резисторы обладают следующими свойствами:

- электрическое сопротивление в несколько тысяч Ом на квадрат поверхности,

- низкий температурный коэффициент удельного электрического сопротивления ТКρ,

- высокая стойкость к окислению,

- способность работать при высоких удельных нагрузках,

- способность работать при повышенных температурах.

В качестве резистивных материалов на основе металлов применяют многокомпонентные металлосилициевые сплавы с высоким удельным электрическим сопротивлением, содержащие кремний Si. Для повышения удельного электрического сопротивления в их состав вводят до 20% лантаноидов (14 химических элементов, следующих в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева за лантаном (лантан + eidos от гр. образ, вид)). Исходные материалы в виде порошков тщательно перемешивают и помещают в испаритель установки термовакуумного напыления. При испарении происходит реакция между окислом лантаноида и кремнием, в результате которой получают силицид лантаноида LaSi2 и моноокись кремния SiO (испаряется одновременно с металлосицилием).

Сплавы марки PC содержат кремний и легирующие (вводящий в металл или металлический сплав другой элемент (от нем. legieren - связывать, соединять)) компоненты (хром, никель, железо). Их выпускают в виде сыпучих порошков с размерами частиц 40...70 мкм и применяют для получения тонкопленочных, в том числе и прецизионных, микросхем общего и частного применения.

Сплавы марки МЛТ содержат кремний, хром, железо, никель, алюминий, вольфрам, а некоторые из них - лантаноиды. Их выпускают в виде мелкозернистых порошков.

Керметные резистивные пленки содержат проводящую и диэлектрическую фазы. Эти пленки наносят методом испарения в вакууме смеси порошков металлов (Cr, Ni, Fe) и оксидов (SiO2, ТiO2, Nd2O3). От соотношения этих компонентов зависят основные свойства резистивных пленок.

Керметные резисторы обладают хорошей однородностью свойств и повышенной термостойкостью.

Металлооксидные материалы образуют резистивные пленки, которые обладают высокой термостойкостью. Наиболее широкое применение для изготовления таких резистивных пленок получили материалы на основе двуокиси олова (SnO2). Осаждение пленок двуокиси олова на изоляционные подложки проводят химическим путем из хлористых соединений SnCl2 и SnCl4. Кристаллы хлористого олова SnCl2 подвергают гидролизу (реакция ионного обмена между различными веществами и водой (от гр. hydor - вода, влага) при температуре 720...730°С и образующиеся пары впускают в камеру, нагретую до такой же температуры. На поверхности изоляционных подложек, которые находятся в камере, образуется пленка двуокиси олова SnO2.

Пленки двуокиси олова можно наносить на изоляционные подложки также термическим испарением с последующим прогревом при постепенно нарастающей температуре. Пленки двуокиси олова обладают хорошей адгезией к изоляционным подложкам и высокой кислотостойкостью.

Композиционные резистивные материалы представляют собой механические смеси мелкодисперсных порошков металлов и их соединений с органической или неорганической связкой. В качестве проводящей фазы используют проводники (порошки серебра, палладия) и полупроводники (оксиды серебра, палладия, карбиды кремния, вольфрама). В качестве связующих веществ применяют термопластичные и термореактивные полимеры, порошкообразное стекло, неорганические эмали.

Композиции, содержащие органические связующие вещества, образуют композиционные резистивные пленки, которые подвержены действию влаги и повышенной температуры. Предельная рабочая температура композиционных резистивных пленок не выше 150°С.

Композиции с неорганическими связующими элементами после спекания при высоких температурах образуют композиционные резистивные пленки с высокой влаго- и теплостойкостью до температуры 350°С. Однако верхний предел сопротивлений резисторов снижается, увеличиваются нелинейность и собственные шумы.

К недостаткам композиционных резистивных пленок относятся повышенный уровень собственных шумов, зависимость сопротивления от частоты и старение при длительной нагрузке.

Углеродистые материалы используют в качестве пленочного резистивного материала в виде проводящих модификаций углерода: природного графита, сажи, пиролитического (пиролиз (от гр. pyr - огонь) - переработка органических веществ нагреванием их при высоких температурах без доступа воздуха, сопровождающаяся их расщеплением) углерода. Пиролитический углерод получают разложением углеводородов при высокой температуре в вакууме или среде инертного газа. Пиролизу подвергают, как правило, углеводороды метанового ряда, которые обладают способностью при высоких температурах разлагаться с образованием на изоляционных подложках пиролитического углерода. По структуре и свойствам пиролитический углерод близок к графиту.

Пиролитические резистивные пленки углерода обладают следующими свойствами:

- толщина не более 6...10 см,

- высокая стабильность параметров,

- устойчивость к импульсным перегрузкам,

- низкий уровень шумов,

- отрицательный температурный коэффициент удельного электрического сопротивления ТКρ,

- малая зависимость электрического сопротивления от приложенного напряжения и частоты,

- относительно низкая себестоимость.

 

3.1. Классификация проводниковых материалов
3.2. Основные свойства и характеристики проводниковых материалов
3.3. Материалы с высокой проводимостью
    3.3.1. Медь и её сплавы
    3.3.2. Алюминий и его сплавы
    3.3.3. Железо и его сплавы
    3.3.4. Натрий
3.4. Материалы с высоким сопротивлением
    3.4.1. Проводниковые резистивные материалы
    3.4.2. Пленочные резистивные материалы
    3.4.3. Материалы для термопар
3.5. Проводниковые материалы и сплавы различного применения
    3.5.1. Благородные металлы
    3.5.2. Тугоплавкие металлы
    3.5.3. Ртуть Hg
    3.5.4. Галлий Ga
    3.5.5. Индий In
    3.5.6. Олово Sn
    3.5.7. Кадмий Cd
    3.5.8. Свинец Pb
    3.5.9. Цинк Zn
3.6. Сверхпроводники и криопроводники
    3.6.1. Сверхпроводники
    3.6.2. Криопроводники
3.7. Неметаллические проводниковые материалы
    3.7.1. Материалы для электроугольных изделий
    3.7.2. Проводящие и резистивные композиционные материалы
    3.7.3. Контактолы
3.8. Материалы для подвижных контактов
    3.8.1. Материалы для скользящих контактов
    3.8.2. Материалы для размыкающих контактов
3.9. Припои
3.10. Металлокерамика
3.11. Металлические покрытия
3.12. Проводниковые изделия

botton include

 


author include