Was ist ein Dünnschichtwiderstand?
Ein Dünnfilmwiderstand ist ein Widerstand, eine übliche elektronische Komponente, die durch Vakuumabscheidungsverfahren hergestellt wird, um ein Widerstandsmaterial auf einem Substrat zu platzieren. Es unterscheidet sich von Dickschichtwiderständen nicht durch Material oder Funktion, sondern durch Herstellung. Diese eher technische Definition wird in Teilen besser verstanden.
Ein Widerstand bezieht sich auf ein Element in der Architektur der Elektronik, das den Stromfluss behindert. Eine Erhöhung des Widerstandswerts erfordert eine Erhöhung der angelegten Spannung, um einen konstanten elektrischen Strom aufrechtzuerhalten. Mathematisch ausgedrückt ist es der R-Wert im Ohmschen Gesetz, der Strom (I) und Spannung (V) in Beziehung setzt - dargestellt durch die Formel V = I / R - oder in einer anderen Version das Verhältnis von Leistung (P) zu Spannung - als in der Formel P = V2 / R. Durch das Ermöglichen von Änderungen der Spannung oder des Stroms ist der Widerstand Teil der „Sprache“ der Elektronik, mit der mathematische Ausdrücke elektronisch ausgewertet werden können.
Es gibt zwei Hauptverfahren zur Vakuumabscheidung, die bei der Herstellung eines Dünnfilmwiderstands verwendet werden. Das als Widerstand zu verwendende Material, das Widerstandsmaterial genannt wird, wird durch Anlegen von elektrischer Wärme verdampft und dann auf einer Oberfläche kondensiert. Zweitens treffen die Ionen eines gasförmigen Plasmas beim „Sputtern“ auf die Moleküle des Widerstandsmaterials und regen diese an. Diese Moleküle werden vom Material weg auf ein Substrat ausgestoßen.
Die erste Methode kann als Sprühfarbe, ein direkter Materialauftrag, visualisiert werden. Die zweite kann man sich als das Spritzen eines Rades durch eine Schlammpfütze vorstellen, als indirektes Aufbringen von Material. In jedem Fall ist die Schicht aus Widerstandsmaterial so dünn, dass sie nur wenige Atome oder Moleküle tief ist. Durch die Durchführung des Prozesses im Vakuum wird eine gleichmäßige Schicht erreicht und Verunreinigungen oder unerwünschte chemische Reaktionen werden vermieden.
Die Materialien, aus denen die Widerstände hergestellt sind, umfassen Verbindungen von Tantal, Wismut und Ruthenium sowie Chrom, Nickel und Blei. Es gibt Tausende von möglichen Verbindungen, einschließlich neuerer organischer Gemische. Ein Dünnschichtwiderstand ist teurer als andere Typen, weist jedoch auch engere Toleranzen auf. Diese Widerstände werden typischerweise in anspruchsvolleren Anwendungen wie Hochfrequenzkommunikation und Computing verwendet.
Dünnschichtwiderstände können wie die Dickschichtwiderstände getrimmt werden, um die Genauigkeit ihrer Bewertung zu erhöhen. Zum Trimmen der Widerstände wird das benötigte Material leicht überlagert. Anschließend ätzen computergesteuerte Laser das Material ab, bis der gewünschte Widerstandswert erreicht ist. Die Verfeinerung des Laserabgleichs eines bereits genauen Dünnschichtwiderstands ist ein Hinweis auf die sehr engen Toleranzen, die heutzutage für kleine, schnelle, leistungsstarke und wärmeproduzierende elektronische Geräte erforderlich sind.