Synthesis of ultra thin resistive layers by cathodic magnetron sputtering for development of calculable alternative current resistance standards
Synthese de couches minces resistives par pulverisation cathodique magnetron pour l'elaboration de resistances etalons calculables en courant alternatif
Résumé
The development of calculable resistors based on ultra thin metallic films lies within a general purpose of enhancing of our knowledge of fundamental constants (fine structure α, von Klitzing RK, and Josephson KJ) which will probably constitute the future definition basis of the electric units in the International System. The National Laboratory of Metrology developed a new design of standard AC (alternative current) resistance, compact and strong, based on ultra thin metal film deposition. The Phase Vapor Deposition process is able to elaborate films whose composition, structure, adhesion, thickness or still homogeneity are controllable. That's why Ni80Cr20, Ni50Cr50 and evanohm thin film were thus deposited on cylindrical ceramic substrate by cathodic magnetron sputtering in an Alcatel SCM 450 type reactor. The final resistance values are obtained by high precision impedance measures (HP 3458A) and linked with the characteristics of films such as the thickness, the homogeneity (thickness and composition) or still the crystalline structure. A particular attention is also awarded to the effects of ageing and\or oxidation on the stability of the resistance values. Finally, we have to control ultra thin resistive film deposition on cylindrical substrate to obtain, considering the very weak thicknesses of coats, homogeneity on all the length of the ceramic stick and very strong resistivities by square. An improvement of the uncertainties in the determination of RK is waited with direct consequences on the future choices of the International Committee of the Weights and Measures concerning a possible redefining of the International System of unity.
L'élaboration de résistances calculables basées sur des dépôts de couches métalliques ultra minces s'inscrit dans un objectif général d'amélioration des connaissances des constantes fondamentales de structure fine , de von Klitzing RK, et Josephson KJ qui constitueront probablement la future base de définition des unités électriques dans le système International.Le Laboratoire National de Métrologie et d'Essais a développé un nouveau design d'étalon de résistance en alternatif, compact et robuste, basé sur le dépôt d'un film métallique ultra mince. Des revêtements à base de Ni80Cr20, Ni50Cr50 et evanohm ont donc été déposés sur substrats en céramique plans et cylindriques, par pulvérisation cathodique magnétron dans un réacteur de type Alcatel SCM 450. Les valeurs de résistance finales sont obtenues par mesures d'impédance de haute précision (HP 3458A) et reliées aux caractéristiques des films telles que l'épaisseur, l'homogénéité (en épaisseur et en composition) ou encore la structure cristalline. Finalement, il a fallu maîtriser les dépôts de couches ultra minces métalliques résistives sur des substrats cylindriques pour obtenir, compte tenu des très faibles épaisseurs des films, une homogénéité sur toute la longueur du bâtonnet de céramique et de très fortes résistivités par carré. Une amélioration des incertitudes dans la détermination de RK est attendue avec des conséquences directes sur les choix futurs du Comité International des Poids et Mesures concernant une éventuelle redéfinition du système international d'unité.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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