Dünnschicht

Eine Dünnschicht-Schaltung oder Komponente wird durch das Aufbringen aufeinanderfolgender Schichten aus leitendem, haleitendem oder isolierendem Material auf ein Substrat hergestellt, typischerweise Keramik, Glas oder Silizium. Die aufgebrachten Schichten sind typischerweise 0,1 bis 10 Mikrometer dick. Dies unterscheidet sich grundlegend von der Dickschicht-Technologie, die Pasten-Siebdruck und Brennen verwendet, um Schichten von 10 bis 100 Mikrometern aufzubauen. Dünnschicht-Konstruktion ermöglicht viel bessere Kontrolle über die Schichtdicke und Materiallzusammensetzung und ermöglicht eine Präzision in elektrischen Eigenschaften, die Dickschicht nicht erreichen kann.

Die häufigsten Beschichtungsmethoden sind Vakuumverdampfung und Sputtern. Bei der Verdampfung wird Material in einer Vakuumkammer zur Verdampfung erhitzt und kondensiert auf dem kühleren Substrat. Beim Sputtern wird ein energetisiertes Plasma verwendet, um Atome aus einem Targetmaterial herauszuschlagen; diese Atome setzen sich dann auf dem Substrat ab. Beide Verfahren können sorgfältig gesteuert werden, um Schichten mit vorgegebener Dicke und Gleichmäßigkeit auf dem Substrat abzuscheiden, und beide können Schichten mit scharfen Grenzen zwischen verschiedenen Materialien erzeugen.

Dünnschicht-Widerstände, Kondensatoren und hybride integrierte Schaltungen liefern überlegene Leistung gegenüber ihren Dickschicht-Pendants. Schicht-Widerstände können Toleranzen von 0,1 Prozent oder besser einhalten und haben überlegene Frequenzgang und Temperaturstabilität. Dünnschicht-Kondensatoren zeigen niedrigere dielektrische Verluste und bessere Linearität. Da die Schichten dünn sind, ist die Wärmespeicherkapazität niedrig und die Wärmeableitung effizient. Diese Eigenschaften machten Dünnschicht unverzichtbar für Präzisions-Analogschaltungen, HF-Systeme und Meßgeräte, bei denen Genauigkeit und Stabilität wichtig sind.

Der Nachteil ist Kosten und Herstellbarkeit. Dünnschicht erfordert Vakuumsysteme, mehr Prozessschritte und längere Zykluszeiten. Die Substratgrößen waren kleiner als bei Dickschicht. Die Ausrüstungskosten sind höher. Dünnschicht kam in den 1970er und 1980er Jahren intensiv in Militär- und Luftfahrtanwendungen, in der Meßtechnik und in hochwertigen Consumer-Audio-Geräten zum Einsatz. Als Silizium-Integrierte Schaltungen billiger und leistungsfähiger wurden, sank die Nachfrage nach hybriden Dünnschicht-Schaltungen. Heute wird Dünnschicht selektiv eingesetzt, wenn Präzision, Zuverlässigkeit oder Strahlungsbeständigkeit die Kosten rechtfertigen, und in einigen modernen Anwendungen wie Dünnschicht-Photovoltaik und Display-Technologie.

Der Begriff Dünnschicht bleibt im Handwerk lose definiert. In der Mikroelektronik kann jede abgeschiedene Schicht unter einigen Mikrometern als Dünnschicht bezeichnet werden. In einigen Kontexten werden Dickschicht-Siebdruckverfahren, die Schichten von 5 bis 20 Mikrometer erzeugen, immer noch echten Dünnschichten gegenübergestellt. Überprüfen Sie immer das spezifische Abscheidungsverfahren und die Schichtdicke bei der Spezifizierung von Komponenten, da sich das elektrische Verhalten in diesem Bereich erheblich unterscheidet.