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Hochisolierte a-orientierte ZnO-Schichten auf einer YSZ-Zwischenschicht auf Platin-Elektroden

IP.com Disclosure Number: IPCOM000125882D
Original Publication Date: 2005-Jul-25
Included in the Prior Art Database: 2005-Jul-25
Document File: 2 page(s) / 152K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Fuer Anwendungen in der Sensorik werden u.a. Platinelektroden verwendet. Dabei kann eine ZnO-Schicht (Zinkoxid) auf einer Basiselektrode (z.B. aus Platin - Pt) aufgebracht und mit einer Deckelektrode kontaktiert werden. Diese Kondensatorstruktur kann durch Anlegen von elektrischen Wechselfeldern zu resonanten piezoelektrischen Schwingungen angeregt werden. Mit den dem Stand der Technik entsprechenden Beschichtungsverfahren (z.B. Magnetronsputtern) koennen nur c-Achsen-orientierte ZnO-Schichten erzeugt werden, die sich ausschliesslich zu einer Dickenschwingung anregen lassen. Die ZnO-Duennschichten koennen jedoch auch durch Ionenstrahlsputtern von einem Target auf ein Substrat abgeschieden werden. Durch Ionenbeschuss der ZnO-Schicht waehrend der Abscheidung (Ionenunterstuetzte Abscheidung, IBAD - Ion Beam Assisted Deposition) kann erreicht werden, dass sich die ZnO-Schicht mit ihrer a-Achse senkrecht zum Substrat ausrichtet und auch die c-Achse in der Filmebene ausgerichtet ist (biaxiale Textur). Dieses Verfahren ermoeglicht prinzipiell die Anregung einer Scherschwingung in der ZnO-Schicht. In einem konventionellen Kondensatoraufbau wie zuvor beschrieben koennen bislang jedoch keine Schwingungen angeregt werden, da die IBAD-ZnO-Schichten stark leitfaehig sind und den Kondensator kurzschliessen. Daher muss fuer diesen Aufbau eine Isolation der Elektroden erreicht werden.

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S

Hochisolierte a-orientierte ZnO-Schichten auf einer YSZ-Zwischenschicht auf Platin-Elektroden

Idee: Dr. Bernd Utz, DE-Erlangen; Dr. Reinhard Gabl, DE- Muenchen; Matthias Schreiter, DE-

Muenchen

Fuer Anwendungen in der Sensorik werden u.a. Platinelektroden verwendet. Dabei kann eine ZnO- Schicht (Zinkoxid) auf einer Basiselektrode (z.B. aus Platin - Pt) aufgebracht und mit einer Deckelektrode kontaktiert werden. Diese Kondensatorstruktur kann durch Anlegen von elektrischen Wechselfeldern zu resonanten piezoelektrischen Schwingungen angeregt werden. Mit den dem Stand der Technik entsprechenden Beschichtungsverfahren (z.B. Magnetronsputtern) koennen nur c- Achsen-orientierte ZnO-Schichten erzeugt werden, die sich ausschliesslich zu einer Dickenschwingung anregen lassen. Die ZnO-Duennschichten koennen jedoch auch durch Ionenstrahlsputtern von einem Target auf ein Substrat abgeschieden werden. Durch Ionenbeschuss der ZnO-Schicht waehrend der Abscheidung (Ionenunterstuetzte Abscheidung, IBAD - Ion Beam Assisted Deposition) kann erreicht werden, dass sich die ZnO-Schicht mit ihrer a-Achse senkrecht zum Substrat ausrichtet und auch die c-Achse in der Filmebene ausgerichtet ist (biaxiale Textur). Dieses Verfahren ermoeglicht prinzipiell die Anregung einer Scherschwingung in der ZnO-Schicht. In einem konventionellen Kondensatoraufbau wie zuvor beschrieben koennen bislang jedoch keine Schwingungen angeregt werden, da die IBAD-ZnO-Schichten stark leitfaehig sind und den Kondensator kurzschliessen. Daher muss fuer diesen Aufbau eine Isolation der Elektroden erreicht werden.

Werden ZnO-Schichten mit konventionellen PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition; z.B. Magnetsputter) aufgebracht, dann sind sie hochisolierend. Daher tritt das Problem bei herkoemmlichen Verfahren in der Regel nicht auf. Eine Leitfaehigkeit von ZnO entsteht z.B. durch Dotierung oder durch Fehlstellen (z.B. Sauerstofffehlstellen) und kann durch eine geaenderte Prozessfuehrung (z.B. hoeheren Sauerstoffpartialdruck bei der Beschichtung) beseitigt werden.

Bei der IBAD-Beschichtung scheinen durch den starken Ionenbeschuss ueber Stosskaskaden Platinatome in die entstehende ZnO-Schicht implantiert zu werden. Die in Verbindung mit der IBAD- Abscheidung auftretende Leitfaehigkeit wird daher auf eine Platinkontamination im ZnO zurueckgefuehrt - variierende Oxidationsverhaeltnisse waehrend der Beschichtung haben...