NL8200430A

NL8200430A - Werkwijze voor het vervaardigen van electrische contacten aan diamant met behulp van een laser, en diamant die volgens deze optische werkwijze is voorzien van contacten.

Info

Publication number: NL8200430A
Application number: NL8200430A
Authority: NL
Original assignee: Optische Ind De Oude Delft Nv
Priority date: 1982-02-04
Filing date: 1982-02-04
Publication date: 1983-09-01
Also published as: EP0086022A1; DE3367047D1; EP0086022B1; US4511783A

Description

.1 HO 30.773 * -v

Aanvraagster vermeld als uitvinder: E.A. Burgemeister.

- Werkwijze voor het vervaardigen van electrische contacten aan diamant met behulp van een laser, en dia,mant die volgens deze optische werkwijze is voorzien van contacten. -

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van electrische contacten aan diamant, en heeft tevens betrekking op een diamant die volgens deze werkwijze is voorzien van contacten.

5 Wanneer sommige typen diamant met halfgeleider eigenschappen in bepaalde toepassingen worden gebruikt, moeten er electrische contacten aan de diamant worden aangebracht. Onder bovenbedoelde toepassingen valt het gebruik van diamant als detector van ioniserende stralen zoals aangegeven in de Nederlandse octrooiaanvrage 10 80.06321. De weerstand van een voor deze detector toegepaste· synthetische diamant, welke bijvoorbeeld in de vorm van een kubus met ribben van 0,7 nun is geslepen, bedraagt zonder bestraling meer dan 15 7 10 J Ohm en neemt af tot 3*10 Ohm wanneer de diamant wordt bestraald met gammastraling uit een Cobalt-βΟ bron en een dosistempo van 15 0,02 Gray/sec. Bij een andere toepassing kan diamant van het type Ilb als thermistor met een negatieve temperatuurcoëfficiënt van byna 6 %/°0 worden gebruikt. De weerstand van een voor deze toepassing geschikte kubus van diamant met ribben van 0,7 nua bedraagt bij kamertemperatuur ongeveer 10^ Ohm. Bij weer een andere toepassing wordt 20 diamant van het type Ilb als lichtgevoelig schakelelement gebruikt.

Het is in de praktijk bekend om draden of andere electrische geleiders aan materialen te bevestigen met het doel goede electrische contacten te verkrijgen. Geleidende verf of diverse soorten pasta worden hiertoe vaak gebruikt. Wanneer draden rechtstreeks met 25 verf of pasta aan diamant met halfgeleider eigenschappen worden bevestigd ontstaan echter niet-Ohmse contacten. Dit blijkt uit de stroomspanningskarakteristieken die ten eerste sterk verschillen bij ompoling van de polarisatiespanning, ten tweede sterk afwijken van de lineariteit en ten derde niet reproduceerbaar zijn na ver-30 andering van de temperatuur. Dergelijke niet-Ohmse contacten ontstaan ook wanneer op diamant met halfgeleider eigenschappen metaal-lagen‘worden neergeslagen waaraan vervolgens draden worden bevestigd.

Wel kunnen Ohmse contacten aan diamant ontstaan wanneer speciale alliages van metalen aan diamant worden gesoldeerd volgens 8200430 , -2-bepaalde technieken.

Het is in de praktijk ook bekend dat wanneer een draad met verf of pasta wordt gemonteerd aan een grafietlaag die goed hecht aan diamant ook een Ohms contact kan ontstaan of althans een elec-5 trisch contact ontstaat dat goed genoeg is voor de bovengenoemde toepassingen van diamant met halfgeleider eigenschappen. De vorm en 'reproduceerbaarheid van 'de stroomspanningskarakteristiek bepalen of · de contacten goed zijn.

Bij een bekende werkwijze kan bovengenoemde grafietlaag worden 10 gevormd door diamant in een atmosfeer van edelgassen te verhitten tot een temperatuur hoger dan 1500 °C. Bij het proces gaan alle oppervlakken van het diamantblokje over in grafiet, terwijl in de praktijk slechts twee tegenover elkaar gelegen vlakken moeten worden voorzien van contacten. Daarom moet het grafiet van de zijvlak-15 ken van een aldus gegrafiteerd diamantblokje worden weggeslepen.

Dit moet volledig gebeuren omdat grafietresten aanleiding geven tot lekstromen langs de zijvlakken. Dergelijke resten zouden eenvoudig kunnen worden verwijderd met sterke zurenj maar dan worden ook de twee beoogde gegrafiteerde vlakken aangetast. Deze werkwijze om 20 slechts twee vlakken te voorzien van grafietlagen is derhalve zeer arbeidsintensief en bovendien gaat hierbij een aanzienlijk deel van de diamant verloren.

De uitvinding beoogt bovengenoemde problemen te ondervangen en een werkwijze aan te geven waarbij op eenvoudige wijze goede 25 electrische contacten worden verkregen. Dit wordt volgens de uitvinding aldus bereikt, dat met behulp van een laserbundel een opper-vlaktelaag van de diamant wordt omgevormd tot grafiet, en dat aan deze grafietlaag vervolgens een draad of andere electrische geleider wordt bevestigd.

50 Bij bovengenoemde werkwijze volgens de uitvinding moet de vermogensstroomdichtheid van de laserbundel zodanig ingesteld worden dat deze voldoende hoog is om een oppervlaktelaag van het diamant-kristal te doen smelten, waarna de koolstofatomen daarvan rekristal- liseren tot grafiet.

55 Hierbij is het mogelijk om slechts een deel van een vlak van de diamant te bestralen en om te vormen tot een grafietlaag, waarbij het resterende oppervlaktedeel van de diamant een electrisch-iso-lerende rand vormt. Het tegenovergelegen vl?,k kan op dezelfde wijze worden bewerkt. Hierbij blijven de randen en de zijvlakken van het 40 diamantblokje dus schoon hetgeen bijvoorbeeld van belang is bij 8200430 4 -3- * "* toepassing van de diamant als stralingsdetector. Immers, vuil of grafiet op de randen en zijvlakken geeft aanleiding tot lekstromen en de daarbij behorende parallelweerstanden verstoren met name de werking van diamant als stralinggevoelige weerstand met waarden 5 10 - 10 3 Ohm. Ook kunnen meerdere delen van hetzelfde oppervlak worden gegrafiteerd om meerdere draden aan een oppervlak te beves- ’ tigen. De werkwijze is eenvoudig en is hierin* voordelig dat slechts plaatselijk grafietlagen worden gevormd en dat de resterende opper- * vlaktedelen van de diamant schoon blijven. Bovendien gaat bij deze 10 werkwijze slechts een gering deel van de diamant verloren,

De uitvinding zal nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekening, waarin een diamant is aangegeven voorzien van elec--trische contacten verkregen met de optische werkwijze volgens de uitvinding en waarin: 15 Figuur 1 een perspectivisch aanzicht geeft van een diamant- blokje in kubusvorm met een grafietlaag in twee tegenover elkaar gelegen vlakken;

Figuur 2 een bovenaanzicht geeft van het diamantblokje; en

Figuur 3 ©en zijaanzicht geeft van het diamantblokje.

20 Het type laser dat met voldoende hoog vermogen bedreven kan worden om diamant te bewerken geeft infra-rood licht af, dat slechts in geringe mate door diamant wordt geabsorbeerd. Daarom moet het te bewerken oppervlak geverfd worden om het proces van inbranden op gang te brengen. De laserbundel kan hierop zowel scherend als lood-25 recht invallen.

Bij loodrechte inval van de laserbundel moet met de nodige voorzichtigheid te werk worden gegaan daar diamant met onzuiverheden, die licht en dus energie absorberen, in een aantal stukken kan uiteenvallen. Daarom is de thermische opstelling, waarbij de 30 ontwikkelde warmte op goede wijze afgevoerd wordt, van belang bij deze bewerking.

Zoals in figuur 1 aangegeven kan een deel van een vlak van de diamant worden gegrafiteerd zodat het resterende oppervlaktedeel een rand vormt die de kans op lekstromen vermindert. Bij de in figuur 1 35 aangegeven diamant zijn het boven- en het ondervlak elk voor een deel voorzien van een grafietlaag.

Bij het aanbrengen van electrische contacten aan diamant met behulp van een laserbundel kan op verschillende wijzen te werk worden gegaan. De laser kan zo bedreven worden, dat of een continue 40 straling of een pulserende straling wordt gebruikt voor de bewerking 8200430 _ Λ

J V

V -4- van de oppervlaktelaag. De laserbundel en de te bewerken diamant worden met een bepaalde snelheid volgens een rasterpatroon ten opzichte van elkaar bewogen.

Een pulserende Nd-YAG laser met een golflengte van 1,06 ^um 5 is bijvoorbeeld geschikt voor de grafitering. De breedte van de pulsen en de pulsherhalingsfrequenti e van de laserbundel wordt in ' samenhang met de snelheid van voortbeweging zodanig gekozen dat al of niet aan elkaar grenzende oppervlaktegebiedjes of putjes van grafiet worden gevormd. De focussering van de laserbundel kan af-10 hankelijk van het vermogen van de laser zo worden aangepast dat de putjes een diameter van 10-50 en een diepte van ongeveer 30 ^um hebben. Eet rasterpatroon van putjes dat de beoogde opper-vlaktelaag van grafiet vormt, wordt hierbij in enkele seconden verkregen. Deze werkwijze is derhalve zeer snel ofschoon de montage 15 van de diamantblokjes onder de laserkop enige tijd in beslag neemt.

In figuur 2 is het bovenvlak aangegeven van de met een pulserende laser bewerkte diamant uit figuur 1. De ribbe b = 0,7 mm, de afmeting a van de grafietlaag = 0,4 mm» terwijl de diameter c van een grafietputje 50 ^um groot is.

20 In figuur 5 is een zijaanzicht gegeven van de diamant uit figuur 1. Daar diamant doorzichtig is, kan duidelijk van opzij de grafietlaag waargenomen worden. Deze laag is enigszins verzonken ten opzichte van het oorspronkelijke oppervlak van het diamantvlak. De diepte d van de putjes is 30 yum.

25 Het spreekt vanzelf dat de laser ook zodanig bedreven kan wor den dat, in plaats van aan elkaar grenzende putjes, een doorlopende homogene grafietlaag verkregen wordt.

De aldus verkregen zwarte laag is een tot grafiet omgevormd deel van de oppervlaktelaag van diamant, en vormt in feite een 30 inherent en buitengewoon goed hechtend deel daarvan. De vierkants-weerstand van de laag is 5 - 100 Ohm.

Volgens bekende technieken wordt aan de grafietlaag een draad of andere electrische geleider gemonteerd met verf of pasta of andere middelen.

8200430

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van electrische contacten aan diamant, met het kenmerk, dat met behulp van een laserbundel een oppervlaktelaag van de diamant wordt omgevormd tot grafiet, en dat aan deze grafietlaag vervolgens een draad of andere 5 electrische geleider wordt bevestigd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat de laserbundel en de te bewerken diamant volgens een raster-patroon ten opzichte van elkaar bewogen worden.

3· Werkwijze volgens conclusie 2,met het kenmerk, 10 dat slechts een deel of, zo nodig, meerdere delen van een oppervlak van de diamant worden omgevormd tot grafiet.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, i e t het kenmerk, dat de laserbundel en de te bewerken diamant onderling met zodanige snelheid worden bewogen, en dat de laser met zodanige 15 focussering, pulsbreedte en pulsherhalingsfrequentie wordt bedreven, dat aan elkaar grenzende of in elkaar overlopende putvormige opper-vlaktegebiedjes ontstaan.

5. Werkwijze volgens conclusie 4> m e t het kenmerk, dat de laserbundel ongeveer loodrecht op de oppervlaktelaag wordt 20 gericht, waardoor de genoemde oppervlaktegebiedjes met een diameter van 10-50 ^um en een diepte van ongeveer 30 yum ontstaan.

6. Diamant voorzien van electrische contacten verkregen met de werkwijze volgens êéa der voorgaande conclusies.

7. Diamant volgens conclusie 6, met het kenmerk, 25 dat de gevormde grafietlaag een vierkantsweerstand van 5-100 Ohm heeft. 8200430