Grenzflächenausbildung zwischen LiNbO3 Einkristallsubstraten und Barriereschichten für den Einsatz bei Metallisierungssystemen für Oberflächenwellenstrukturen

• Antragsteller: Dr. Steffen Oswald
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 187025288

Die Weiterentwicklung moderner Oberflächenwellen-Bauelemente (SAW-Bauelemente) ist durch die Einführung neuer Substrate, die Erhöhung der Arbeitsfrequenzen und erhöhte Leistungsdichten gekennzeichnet. Neben dem Einsatz von Al-Legierungen und neuerlich auch hochtexturiertem Al wird seit einiger Zeit der Einsatz von Cu als Metallisierungsmaterial auch für SAW Bauelemente erprobt. Hierbei müssen Diffusionsbarrieren eingesetzt werden, die eine Interdiffusion der Materialien verhindern und gleichzeitig die Adhäsion verbessern und zusätzlich die akustomechanischen Eigenschaften für die Einkopplung der Oberflächenwellen nicht verschlechtern sollen. Diese Schichten dürfen nur wenige nm dick sein und müssen trotzdem gute Barriereeigenschaften aufweisen, was eine genaue Kenntnis der Grenzflächen-Strukturen erfordert. Voraussetzung für eine geringe Migration sind perfekte Grenzflächen zwischen Cu-Schicht/Barriere/Substrat. Im vorliegenden Projekt sollen, vorrangig durch Untersuchungen mit Photoelektronenspektroskopie (XPS) und in situ Präparation, Aussagen zur Grenzflächenausbildung zwischen SAW-Substratmaterial (LiNbO3) und Ta(Ti)-basierten Barriereschichten erhalten werden. Dabei sollen sowohl Aussagen zur Chemie der Grenzflächen (Peakformveränderung in den Spektren) als auch zur Morphologie (winkelaufgelöste XPS, AFM, TEM) gewonnen werden. Neben der Untersuchung von Oberflächenaktivierung der Substrate durch Vorbehandlungsschritte (vornehmlich Plasma) auf die Grenzfläche Substrat/Barriere, steht auch die Charakterisierung von mechanischen Eigenschaften (Haftung) und thermischer Stabilität (Temperaturbehandlung) der Verbunde Substrat-Barriere-Metallisierung. Einbezogen wird auch Untersuchungen an hochtextruiertem Al, da dies nur durch die Integration von speziellen (Ti) Barrieren gelingt - hier sind die Mechanismen noch unverstanden. Geplant ist ebenfalls die Prüfung der Funktionsfähigkeit/Leistungsverträglichkeit an einzelnen Demonstrator-Wandlerstrukturen mit ausgewählten Materialkombinationen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen