NL1023376C2 - Thin layer and method for manufacturing a thin layer. - Google Patents

Thin layer and method for manufacturing a thin layer. Download PDF

Info

Publication number
NL1023376C2
NL1023376C2 NL1023376A NL1023376A NL1023376C2 NL 1023376 C2 NL1023376 C2 NL 1023376C2 NL 1023376 A NL1023376 A NL 1023376A NL 1023376 A NL1023376 A NL 1023376A NL 1023376 C2 NL1023376 C2 NL 1023376C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
thin layer
sublayers
layers
layer
behavior
Prior art date
Application number
NL1023376A
Other languages
Dutch (nl)
Inventor
Marcel Hoekman
Rene Gerrit Heideman
Joseph Wilhelmus Mari Hoekstra
Original Assignee
Lionix B V
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lionix B V filed Critical Lionix B V
Priority to NL1023376A priority Critical patent/NL1023376C2/en
Priority to PCT/NL2004/000308 priority patent/WO2004099864A2/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1023376C2 publication Critical patent/NL1023376C2/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/225—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

Dunne laag en werkwijze voor het vervaardigen van een dunne laagThin layer and method for manufacturing a thin layer

De uitvinding heeft betrekking op een dunne laag. De uitvinding betreft voorts een werkwijze voor het vervaardigen van een dunne laag. Met ‘dunne laag’ wordt hier en in het 5 navolgende bedoeld een op een ondergrond aangehrachte (bijvoorbeeld middels sputteren, opdampen of chemical vapour deposition) laag met een maximale dikte in de orde van honderd micrometer.The invention relates to a thin layer. The invention further relates to a method for manufacturing a thin layer. Here and in the following, "thin layer" is understood to mean a layer applied to a substrate (for example by means of sputtering, vapor deposition or chemical vapor deposition) layer with a maximum thickness in the order of one hundred micrometres.

Bekend is dat de eigenschappen van een dunne laag onder andere afhangen van (uiteraard) 10 het type dunne-laag materiaal, van het type ondergrond (bijvoorbeeld chemische samenstelling en textuur), van de depositieparameters (bijvoorbeeld temperatuur en groeisnelheid), en mogelijk van externe parameters (bijvoorbeeld elektrisch veld en luchtvochtigheid). Met ‘eigenschappen’ wordt hier en in het navolgende bedoeld zowel morfologische eigenschappen (structuur, korrelgrootte en -vorm, kristalstructuur 15 enzovoorts) als ook fysische (elektrische, optische, mechanische, magnetische, piëzo-elektrische, elektro-optische enzovoorts) en/of chemische eigenschappen. Voorts is bekend dat een dunne laag in het algemeen niet homogeen is. Zo variëren de materiaaleigenschappen doorgaans in de dikterichling van de dunne laag, en met name de eigenschappen in de buurt van grensvlakken (bijvoorbeeld laaggrenzen of korrelgrenzen) 20 wijken in den regel af van de eigenschappen van de overige delen.It is known that the properties of a thin layer depend inter alia on the type of thin layer material, on the type of substrate (for example chemical composition and texture), on the deposition parameters (for example temperature and growth rate), and possibly on external parameters (for example, electric field and humidity). By "properties" is meant here and hereinafter both morphological properties (structure, grain size and shape, crystal structure, etc.) and also physical (electrical, optical, mechanical, magnetic, piezoelectric, electro-optical, etc.) and / or chemical properties. Furthermore, it is known that a thin layer is generally not homogeneous. Thus, the material properties generally vary in the thickness direction of the thin layer, and in particular the properties in the vicinity of interfaces (for example, layer boundaries or grain boundaries) generally deviate from the properties of the other parts.

Indien slechts een deel van een dunne laag, bijvoorbeeld grensgebieden (= gebieden in de buurt van grensvlakken; met name laaggrensgebieden zoals de initiële laag of korrelgrensgebieden), een gewenste materiaaleigenschap vertoont, zal het overige deel van 25 de dunne laag min of meer nutteloos zijn. Indien voor een gewenst gedrag van de dunne laag als geheel een bepaald minimum volume met de gewenste materiaaleigenschap benodigd is, kan dat gedrag niet bereikt worden wanneer het gedeelte van de dunne laag met de gewenste materiaaleigenschap te klein is. Doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een oplossing voor dit probleem.If only a part of a thin layer, for example boundary areas (= areas near boundaries; in particular layer boundary areas such as the initial layer or grain boundary areas), has a desired material property, the remaining part of the thin layer will be more or less useless . If a certain minimum volume with the desired material property is required for a desired behavior of the thin layer as a whole, that behavior cannot be achieved if the part of the thin layer with the desired material property is too small. The object of the present invention is to provide a solution to this problem.

30 De uitvinding verschaft daartoe een dunne laag volgens conclusie 1.The invention provides for this purpose a thin layer according to claim 1.

Van een dergelijke uit meerdere eerste sublagen opgebouwde dunne laag kan het werkzame volumedeel (dat wil zeggen het gedeelte met een bepaalde gewenste materiaaleigenschap) 102337« I groter zijn dan dat van een soortgelijke enkelvoudige dunne laag met een vergelijkbare I dikte.For such a thin layer composed of several first sub-layers, the active volume part (i.e. the part with a specific desired material property) may be 102337 larger than that of a similar single thin layer with a comparable thickness.

I In een voorkeursuitvoering van een dunne laag volgens de uitvinding omvatten de eerste I sublagen elk ten minste een deel van een laaggrensgebied, zoals een initiële laag. Het I 5 volumedeel (van de dunne laag) met een gewenste eigenschap kan dan maximaal zijn. Bij I voorkeur bedraagt het aantal eerste sublagen minimaal drie, bij nadere voorkeur minimaal I zes. De dunne laag kan dan (ten opzichte van een initiële laag of andere laaggrensgebieden) I relatief dik zijn met een groot volumedeel met een gewenste materiaaleigenschap.In a preferred embodiment of a thin layer according to the invention, the first sublayers each comprise at least a part of a layer boundary region, such as an initial layer. The volume part (of the thin layer) with a desired property can then be maximum. Preferably, the number of first sublayers is at least three, more preferably at least I six. The thin layer can then (relative to an initial layer or other layer boundary regions) be relatively thick with a large volume part with a desired material property.

I Bij voorkeur bedraagt de dikte van de dunne laag maximaal 10 pm, bij nadere voorkeur 10 maximaal 1 pm. Dit zijn gangbare diktes voor, bijvoorbeeld middels sputteren, opdampen I of chemical vapour deposition aangebrachte, dunne lagen. De dikte van ten minste een deel I van de eerste sublagen bedraagt bij voorkeur maximaal 200 nm, bij nadere voorkeur 50 nm.The thickness of the thin layer is preferably at most 10 µm, more preferably at most 1 µm. These are common thicknesses for, for example, thin layers applied by sputtering, vapor deposition I or chemical vapor deposition. The thickness of at least a part I of the first sublayers is preferably at most 200 nm, more preferably 50 nm.

De dikte van initiële laag of andere laaggrensgebieden valt bij de meeste dunne lagen I binnen deze grenzen.The thickness of initial layer or other layer boundary regions is within these limits for most thin layers.

I 15 Ten minste een deel van de eerste sublagen kan in hoofdzaak zijn opgebouwd uit zinkoxide.At least a part of the first sublayers can be substantially made up of zinc oxide.

I Het eerst gedeponeerde deel of andere laaggrensgebieden van een zinkoxide dunne laag I kunnen onder de juiste voorwaarden een bepaalde gewenste materiaaleigenschap vertonen.The first deposited portion or other layer boundary regions of a zinc oxide thin layer I can exhibit a certain desired material property under the right conditions.

I Dit zal duidelijker worden in de navolgende toelichting aan de hand van de figuren.This will become clearer in the following explanation with reference to the figures.

I 20 Bij voorkeur omvat de dunne laag tevens een aantal tussen de eerste sublagen gelegen I tweede sublagen welke tweede sublagen dienen als substraatlagen voor ten minste een deel I van de eerste sublagen. Voor een dergelijke opbouw van de dunne laag, met afwisselend I eerste en tweede sublagen, kan worden gekozen indien bijvoorbeeld het initiële deel van I een op een tweede sublaag gegroeide laag een gewenste materiaaleigenschap vertoont. Dit I 25 zal duidelijker worden in de navolgende toelichting aan de hand van de figuren.Preferably, the thin layer also comprises a number of second sub-layers located between the first sub-layers, which second sub-layers serve as substrate layers for at least a part I of the first sub-layers. Such a construction of the thin layer, with alternating first and second sublayers, can be chosen if, for example, the initial part of a layer grown on a second sublayer has a desired material property. This will become clearer in the following explanation with reference to the figures.

I De dikte van ten minste een deel van de tweede sublagen bedraagt bij voorkeur maximaal I 20 nm, bij nadere voorkeur maximaal 5 nm. Tweede sublagen met een dergelijke dikte voldoen als substraatlagen voor de eerste sublagen in de meeste toepassingen.The thickness of at least a part of the second sublayers is preferably at most 20 nm, more preferably at most 5 nm. Second sublayers of such a thickness are sufficient as substrate layers for the first sublayers in most applications.

I Ten minste een deel van de tweede sublagen kan in hoofdzaak zijn opgebouwd uit I 30 siliciumoxide of sfiiciumnitride. Siliciumoxide en siliciumnitride worden veel gebruikt in I dunne-laag technologie en zijn geschikt als substraatlaag voor veel soorten eerste sublagen.At least a part of the second sublayers can essentially be composed of silicon oxide or silicon nitride. Silicon oxide and silicon nitride are widely used in thin layer technology and are suitable as a substrate layer for many types of first sublayers.

1 Π 9 9 3 7 « 31 Π 9 9 3 7 «3

Het gewenste gedrag kan bijvoorbeeld het elektro-optisch of piëzo-elektrisch gedrag van de dunne laag betreffen. Indien voor een gewenst elektro-optisch of piëzo-elektrisch gedrag van de dunne laag als geheel een bepaald minimum volume met een gewenste materiaaleigenschap is vereist, kan dat bijvoorbeeld met een stapeling van afwisselend 5 zinkoxide en siliciumoxide of sfliciumnitride sublagen worden bereikt.The desired behavior may for example relate to the electro-optical or piezo-electric behavior of the thin layer. If a certain minimum volume with a desired material property is required for a desired electro-optical or piezo-electric behavior of the thin layer as a whole, this can be achieved, for example, with a stack of alternating zinc oxide and silicon oxide or silicon nitride sublayers.

Voorts verschaft de uitvinding een werkwijze volgens conclusie 13.The invention further provides a method according to claim 13.

Aldus kan een dunne laag worden vervaardigd waarvan het werkzame volumedeel (dat wil zeggen het gedeelte met een bepaalde gewenste materiaaleigenschap) groter is dan dat van 10 een soortgelijke enkelvoudige dunne laag met een vergelijkbare dikte.Thus, a thin layer can be manufactured whose active volume part (i.e. the part with a certain desired material property) is larger than that of a similar single thin layer with a comparable thickness.

In een voorkeursuitvoering van een werkwijze volgens de uitvinding worden aan de eerste sublagen zodanige diktes gegeven dat de eerste sublagen elk ten minste een deel van een laaggrensgebied, zoals een initiële laag, omvatten. Zo kan een dunne laag worden vervaardigd waarvan het volumedeel met een gewenste eigenschap maximaal is. Bij 15 voorkeur worden minimaal drie, bij nadere voorkeur minimaal zes, eerste sublagen aangebracht. Zo kan een dunne laag worden vervaardigd welke (ten opzichte van een initiële laag of andere laaggrensgebieden) relatief dik is met een groot volumedeel met een gewenste materiaaleigenschap.In a preferred embodiment of a method according to the invention, the first sublayers are given such thicknesses that the first sublayers each comprise at least a part of a layer boundary region, such as an initial layer. A thin layer can thus be manufactured whose volume portion with a desired property is maximum. Preferably, at least three, more preferably at least six, first sub-layers are applied. For example, a thin layer can be manufactured which (relative to an initial layer or other layer boundary regions) is relatively thick with a large volume portion with a desired material property.

Bij voorkeur wordt aan de dunne laag een dikte van maximaal 10 μηο, bij nadere voorkeur 20 maximaal 1 pm, gegeven. Zoals gezegd, zijn dit zijn gangbare diktes voor, bijvoorbeeld middels sputteren, opdampen of chemical vapour deposition aangebrachte, dunne lagen. Bij voorkeur wordt aan ten minste een deel van de eerste sublagen een dikte van maximaal 200 nm, bij nadere voorkeur 50 nm, gegeven. Zoals gezegd, valt de dikte van initiële laag en andere laaggrensgebieden bij de meeste dunne lagen binnen deze grenzen.The thickness of the thin layer is preferably given a maximum of 10 μηο, more preferably a maximum of 1 μm. As stated, these are common thicknesses for, for example, thin layers applied by sputtering, vapor deposition or chemical vapor deposition. At least a part of the first sublayers is preferably given a thickness of at most 200 nm, more preferably 50 nm. As stated, the thickness of the initial layer and other layer boundary regions for most thin layers is within these limits.

25 Ten minste een deel van de eerste sublagen kan in hoofdzaak worden opgebouwd uit zinkoxide. Zoals gezegd, kunnen het eerst gedeponeerde deel of andere laaggrensgebieden van een zinkoxide dunne laag onder de juiste voorwaarden een bepaalde gewenste materiaaleigenschap vertonen, hetgeen duidelijker zal worden in de navolgende toelichting aan de hand van de figuren.At least a part of the first sublayers can essentially be built up from zinc oxide. As stated, the first deposited portion or other layer boundary regions of a zinc oxide thin layer can exhibit a certain desired material property under the right conditions, which will become more apparent in the following explanation with reference to the figures.

3030

Bij voorkeur omvat de werkwijze teyens het tussen de eerste sublagen aanbrengen van een aantal tweede sublagen welke tweede sublagen dienen als substraat lagen voor ten minste een deel van de eerste sublagen. Zoals gezegd, kan voor een dergelijke opbouw van de 1023376 4 dunne laag, met afwisselend eerste en tweede sublagen, worden gekozen indien bijvoorbeeld alleen het eerst gedeponeerde deel van een op een tweede sublaag gegroeide laag een gewenste materiaaleigenschap vertoont.The method preferably comprises of applying a number of second sub-layers between the first sub-layers, which second sub-layers serve as substrate layers for at least a part of the first sub-layers. As stated, such a construction of the 1023376 4 thin layer, with alternating first and second sublayers, can be chosen if, for example, only the first deposited part of a layer grown on a second sublayer has a desired material property.

De dikte van ten minste een deel van de tweede sublagen bedraagt bij voorkeur maximaal 5 20 nm, bij nadere voorkeur maximaal 5 im Zoals gezegd, voldoen tweede sublagen met een dergelijke dikte als substraatlagen voor de eerste sublagen in de meeste toepassingen. Daarbij kan ten minste een deel van de tweede sublagen in hoofdzaak worden opgebouwd uit siliciumoxide of siliciumnitride. Zoals gezegd, worden siliciumoxide en siliciumnitride veel gebruikt in dunne-laag technologie en zijn ze geschikt als substraatlaag voor veel 10 soorten eerste sublagen.The thickness of at least a part of the second sublayers is preferably a maximum of 5 nm, more preferably a maximum of 5 µm. As stated, second sublayers with such a thickness are satisfactory as substrate layers for the first sublayers in most applications. At least a part of the second sublayers can be substantially made up of silicon oxide or silicon nitride. As stated, silicon oxide and silicon nitride are widely used in thin layer technology and are suitable as substrate layers for many types of first sublayers.

Het gewenste gedrag kan het elektro-optisch of het piëzo-elektrisch gedrag van de dunne laag betreffen. Zo kan een dunne laag worden vervaardigd welke als geheel een gewenst elektro-optisch of piëzo-elektrisch gedrag vertoont 15The desired behavior can be the electro-optical or piezo-electric behavior of the thin layer. A thin layer can thus be manufactured which as a whole exhibits a desired electro-optical or piezo-electric behavior

De uitvinding wordt in het navolgende toegelicht aan de hand van twee niet-beperkende uitvoeringsvoorbeelden van een dunne laag volgens de uitvinding. Daartoe toont: - figuur la een doorsnede van eerste uitvoeringsvoorbeeld van een (gestapelde) dunne laag volgens de uitvinding met een gedeeltelijke uitvergroting; 20 - figuur lb een doorsnede van een eerste bekende vergelijkbare enkelvoudige dunne laag met een gedeeltelijke uitvergroting; - figuur 2a een doorsnede van tweede uitvoeringsvoorbeeld van een (gestapelde) dunne laag volgens de uitvinding met een gedeeltelijke uitvergroting, en - figuur 2b een doorsnede van een tweede bekende vergelijkbare enkelvoudige dunne 25 laag met twee gedeeltelijke uitvergrotingen.The invention is explained below with reference to two non-limiting exemplary embodiments of a thin layer according to the invention. To that end: figure 1a shows a cross-section of the first exemplary embodiment of a (stacked) thin layer according to the invention with a partial enlargement; Figure 1b shows a cross-section of a first known comparable single thin layer with a partial enlargement; figure 2a shows a cross section of a second exemplary embodiment of a (stacked) thin layer according to the invention with a partial enlargement, and - figure 2b shows a cross section of a second known comparable single thin layer with two partial enlargements.

Figuur la toont een op een ondergrond (14), bijvoorbeeld een silicium wafer, aangebrachte (bijvoorbeeld middels sputteren) stapeling van sublagen (12,13) die samen een piëzo-elektrisch actieve dunne laag (1) volgens de uitvinding vormen. De dunne laag (1) is 30 opgebouwd uit afwisselend eerste sublagen (12) van zinkoxide, van bijvoorbeeld 100 nm dik, en tweede sublagen (13) van bijvoorbeeld siliciumnitride, van bijvoorbeeld 5 nm dik. Ter vergelijking toont figuur lb een dunne laag (Γ) gegroeid op eenzelfde type ondergrond 1 ηοοο-»Λ_ 5 (14’) opgebouwd uh een enkelvoudige zinkoxide laag (12’) gegroeid op een siliciumnitride substraatlaag (13’).Figure 1a shows a stacking of sublayers (12, 13) arranged on a substrate (14), for example a silicon wafer, for example by means of sputtering, which together form a piezoelectrically active thin layer (1) according to the invention. The thin layer (1) is composed of alternating first sub-layers (12) of zinc oxide, for example 100 nm thick, and second sub-layers (13) of, for example, silicon nitride, for example, 5 nm thick. For comparison, figure 1b shows a thin layer (Γ) grown on the same type of substrate 1 ηοοο- Λ_ 5 (14 ") built up of a single zinc oxide layer (12") grown on a silicon nitride substrate layer (13 ").

Onder de gegeven omstandigheden kan het zinkoxide groeien als een laag (12’) van kristallijne korrels (15) waarbij de grootte van de korrels (15) vanaf de substraatlaag (13’) 5 toeneemt in de dikterichting van de laag (12’). Bekend is dat de korrels (15) gedepleteerde, piëzo-elektrisch actieve, korrelgrensgebieden (151) vertonen naast halfgeleidende, piëzo-elektrisch niet-werkzame, halfgeleidende kernen (151). In de initiële laag (10’) zijn de korrels (15) relatief klein en is de volumeverhouding tussen de werkzame korrelgrensgebieden (151) en de niet-werkzame kernen (152) groot, terwijl in het verder 10 van de substraatlaag (13’) gelegen deel (11’) van de laag (12’) deze volumeverhouding veel kleiner is.Under the given circumstances, the zinc oxide can grow as a layer (12 ") of crystalline grains (15) with the size of the grains (15) from the substrate layer (13") increasing in the thickness direction of the layer (12 "). It is known that the beads (15) have depleted, piezoelectrically active, grain boundary regions (151) in addition to semiconductor, piezoelectrically inactive, semiconductor cores (151). In the initial layer (10 '), the grains (15) are relatively small and the volume ratio between the active grain boundary regions (151) and the non-active cores (152) is large, while in the rest of the substrate layer (13') part (11 ') of the layer (12'), this volume ratio is much smaller.

In de gestapelde dunne laag (1) bestaan de eerste sublagen (12) elk uit een gedeelte van een initiële laag (10’). Het werkzame volumedeel is daarom in de gestapelde dunne laag (1) veel groter dan in de enkelvoudige dunne laag (Γ). Het piëzo-elektrisch gedrag van de 15 gestapelde dunne laag (1) zal derhalve veel sterker zijn dan dat van de enkelvoudige dunne laag (Γ) met vergelijkbare dikte en vergelijkbaar totaal volume.In the stacked thin layer (1), the first sublayers (12) each consist of a portion of an initial layer (10 "). The active volume part is therefore much larger in the stacked thin layer (1) than in the single thin layer (Γ). The piezoelectric behavior of the stacked thin layer (1) will therefore be much stronger than that of the single thin layer (Γ) with comparable thickness and comparable total volume.

Figuur 2a toont een op een ondergrond (24), bijvoorbeeld een silicium wafer, aangebrachte (bijvoorbeeld middels sputteren) stapeling van sublagen (22,23) die samen een elektro-20 optisch actieve dunne laag (2) volgens de uitvinding vormen. De dunne laag (2) is opgebouwd uit afwisselend eerste sublagen (22) van zinkoxide, van bijvoorbeeld 100 nm dik, en tweede sublagen (23) van bijvoorbeeld siliciumoxide, van bijvoorbeeld 5 nm dik. Ter vergelijking toont figuur 2b een dunne laag (2’) gegroeid op eenzelfde type ondergrond (24’) opgebouwd uit een enkelvoudige zinkoxide laag (22’) gegroeid op een siliciumoxide 25 substraatlaag (23’).Figure 2a shows a stacking of sublayers (22,23) arranged on a substrate (24), for example a silicon wafer, for example by means of sputtering, which together form an electro-optically active thin layer (2) according to the invention. The thin layer (2) is composed of alternating first sub-layers (22) of zinc oxide, for example, 100 nm thick, and second sub-layers (23), for example, of silicon oxide, for example, 5 nm thick. For comparison, Figure 2b shows a thin layer (2 ") grown on the same type of substrate (24") composed of a single zinc oxide layer (22 ") grown on a silicon oxide substrate layer (23").

Onder de gegeven omstandigheden kan het zinkoxide groeien als kristallijne kolommen (25,25’) op een dunne initiële laag (20,20’). De kolommen (25,25’) kunnen weer gedepleteerde korrelgrensgebieden (251,251’) vertonen naast halfgeleidende kernen (252,252’).Under the given circumstances, the zinc oxide can grow as crystalline columns (25.25 ") on a thin initial layer (20.20"). The columns (25.25 ") can again display depleted grain boundary regions (251.251") in addition to semiconductor cores (252.252 ").

30 Bij het aanleggen van een elektrische spanning over de dunne lagen (1,2) zullen accumulatie- respectievelijk depletielagen (211,213,211 ’,213’) ontstaan welke elektro-optisch werkzaam zijn. De volumeverhouding tussen de werkzame laaggrensgebieden (211,213,211’,213’) en de niet-werkzame laagdelen (212,212’) is in de enkelvoudige dunne 4 Λ O O O -> λ I laag (2s) veel kleiner dan in de gestapelde dunne laag (2). Het werkzame volumedeel is I daarom in de gestapelde dunne laag (2) veel groter dan in de enkelvoudige dunne laag (2’).When applying an electrical voltage over the thin layers (1,2), accumulation and depletion layers (211, 213, 11 ", 213") will arise which are electro-optically active. The volume ratio between the active layer boundary regions (211.213.211 ', 213') and the non-active layer parts (212.212 ') is much smaller in the single thin 4 Λ OOO -> λ I layer (2s) than in the stacked thin layer (2) . The active volume part is therefore much larger in the stacked thin layer (2) than in the single thin layer (2 ").

I Het elektro-optisch gedrag van de gestapelde dunne laag (2) zal derhalve veel sterker zijn I dan dat van de enkelvoudige dunne laag (2’) met vergelijkbare dikte en vergelijkbaar totaal I 5 volume.The electro-optical behavior of the stacked thin layer (2) will therefore be much stronger than that of the single thin layer (2 ') with comparable thickness and comparable total volume.

I Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet beperkt is tot de gegeven I uitvoeringsvoorbeelden, maar dat ze alle stapelingen van lagen met een soortgelijk doel I betreft, waarbij uit meerdere sublagen een dunne laag wordt opgebouwd welke in haar I 10 geheel een bepaald gewenst gedrag vertoont welk gedrag niet haalbaar is met een I vergelijkbare enkelvoudige dunne laag omdat het gedeelte van de enkelvoudige dunne laag I met een gewenste materiaaleigenschap te klein is.It will be clear that the invention is not limited to the given exemplary embodiments, but that it concerns all stacks of layers with a similar purpose I, wherein a thin layer is built up from several sub-layers which, in its entirety, perform a certain desired behavior. shows which behavior is not feasible with a single thin layer comparable to I because the portion of the single thin layer I with a desired material property is too small.

Claims (24)

1. Dunne laag (1,2) omvattende meerdere soortgelijke eerste sublagen ¢12,22) welke eerste sublagen (12,22) zodanige diktes hebben dat een voldoende groot gedeelte van 5 elke sublaag (12,22) een gewenste materiaaleigenschap vertoont en de dunne laag (1,2) als geheel een gewenst gedrag vertoont welk gewenst gedrag niet haalbaar is met een vergelijkbare enkelvoudige dunne laag (l’,2’) omdat het gedeelte (10’,21Γ,213’) van de enkelvoudige dunne laag (l’,2’) met de gewenste materiaaleigenschap te klein is om dat gewenst gedrag te bereiken.A thin layer (1,2) comprising a plurality of similar first sublayers (12,22), which first sublayers (12,22) have thicknesses such that a sufficiently large portion of each sublayer (12,22) has a desired material property and the thin layer (1,2) as a whole exhibits a desired behavior which desired behavior is not feasible with a comparable single thin layer (1 ', 2') because the portion (10 ', 21Γ, 213') of the single thin layer ( 1 ', 2') with the desired material property is too small to achieve that desired behavior. 2. Dunne laag (1,2) volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste sublagen (12,22) elk ten minste een deel van een laaggrensgebied (10’,211’,213’) omvatten.Thin layer (1,2) according to claim 1, characterized in that the first sublayers (12,22) each comprise at least a part of a layer boundary region (10 ", 211", 213 "). 3. Dunne laag (1,2) volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het aantal eerste sublagen (12,22) minimaal drie, bij voorkeur minimaal zes, bedraagt.Thin layer (1,2) according to one of the preceding claims, characterized in that the number of first sub-layers (12, 22) is at least three, preferably at least six. 4. Dunne laag (1,2) volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de 15 dikte van de dunne laag (1,2) maximaal 10 pm, bij voorkeur maximaal 1 pm, bedraagt4. Thin layer (1,2) according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the thin layer (1,2) is at most 10 µm, preferably at most 1 µm 5. Dunne laag (1,2) volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de dikte van ten minste een deel van de eerste sublagen (12,22) maximaal 200 nm, bij voorkeur maximaal 50 nm, bedraagt.Thin layer (1,2) according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of at least a part of the first sublayers (12,22) is at most 200 nm, preferably at most 50 nm. 6. Dunne laag (1,2) volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat ten 20 minste een deel van de eerste sublagen (12,22) in hoofdzaak is opgebouwd uit zinkoxide.6. A thin layer (1,2) according to any one of the preceding claims, characterized in that at least a part of the first sublayers (12, 22) is essentially made up of zinc oxide. 7. Dunne laag (1,2) volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de dunne laag (1,2) tevens een aantal tussen de eerste sublagen (12,22) gelegen tweede sublagen ¢13,23) omvat welke tweede sublagen (13,23) dienen als substraatlagen voor 25 ten minste een deel van de eerste sublagen (12,22).Thin layer (1,2) according to one of the preceding claims, characterized in that the thin layer (1,2) also comprises a number of second sub-layers (13,23) located between the first sublayers (12,22) which second sub-layers (13, 23) serve as substrate layers for at least a portion of the first sub-layers (12, 22). 8. Dunne laag (1,2) volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de dikte van ten minste een deel van de tweede sublagen (13,23) maximaal 20 nm, bij voorkeur mflyimaal 5 nm, bedraagt.Thin layer (1,2) according to claim 7, characterized in that the thickness of at least a part of the second sublayers (13,23) is at most 20 nm, preferably at least 5 nm. 9. Dunne laag (1,2) volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat ten minste een deel 30 van de tweede sublagen (13,23) in hoofdzaak is opgebouwd uit süichimoxide.A thin layer (1,2) as claimed in claim 7 or 8, characterized in that at least a part of the second sublayers (13, 23) is essentially made up of silicon oxide. 10. Dunne laag (1,2) volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat ten minste een deel van de tweede sublagen (13,23) in hoofdzaak is opgebouwd uit siliciumnitride. 1 023376The thin layer (1,2) according to claim 7 or 8, characterized in that at least a part of the second sublayers (13, 23) is essentially made up of silicon nitride. 1 023376 11. Dunne laag ¢1,2) volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het I gewenste gedrag het elektro-optisch gedrag van de dunne laag (1,2) betreft.A thin layer (1,2) according to any one of the preceding claims, characterized in that the desired behavior relates to the electro-optical behavior of the thin layer (1,2). 12. Dunne laag (1,2) volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het I gewenste gedrag het piëzo-elektrisch gedrag van de dunne laag (1,2) betreft.A thin layer (1,2) according to any one of the preceding claims, characterized in that the desired behavior relates to the piezoelectric behavior of the thin layer (1,2). 13. Werkwijze voor het vervaardigen van een dunne laag (1,2) welke werkwijze het I aanbrengen van meerdere soortgelijke eerste sublagen (12,22) omvat aan welke eerste sublagen (12,22) zodanige diktes worden gegeven dat een voldoende groot gedeelte van I elke sublaag (12,22) een gewenste materiaaleigenschap vertoont en de dunne laag (1,2) I 10 als geheel een gewenst gedrag vertoont welk gewenst gedrag niet haalbaar is met een vergelijkbare enkelvoudige dunne laag (l’,2’) omdat het gedeelte (10’;21Γ,213’) van I de enkelvoudige dunne laag (1\2’) met de gewenste materiaaleigenschap te klein is om I dat gewenst gedrag te bereiken.A method of manufacturing a thin layer (1,2) which method comprises applying a plurality of similar first sublayers (12,22) to which first sublayers (12,22) are given such thicknesses that a sufficiently large portion of I each sublayer (12,22) has a desired material property and the thin layer (1,2) as a whole shows a desired behavior, which desired behavior is not feasible with a comparable single thin layer (1 ', 2') because it portion (10 '; 21Γ, 213') of I the single thin layer (1 \ 2 ') with the desired material property is too small to achieve that desired behavior. 14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat aan de sublagen (12,22) I 15 zodanige diktes worden gegeven dat de eerste sublagen (12,22) elk ten minste een deel I van een laaggrensgebied (10\211 ’,213’) omvatten.A method according to claim 13, characterized in that the sub-layers (12, 22) are given thicknesses such that the first sub-layers (12, 22) each have at least a part I of a low boundary region (10 \ 211 '), 213 '). 15. Werkwijze volgens een der conclusies 13-14, met het kenmerk, dat minimaal drie, bij I voorkeur minimaal zes, eerste sublagen (12,22) worden aangebracht.Method according to one of claims 13 to 14, characterized in that at least three, preferably at least six, first sublayers (12, 22) are applied. 16. Werkwijze volgens een der conclusies 13-15, met het kenmerk, dat aan de dunne laag 20 (1,2) een dikte van maximaal 10 jxm, bij voorkeur maximaal 1 pm, wordt gegeven.A method according to any one of claims 13-15, characterized in that a thickness of at most 10 µm, preferably at most 1 µm, is given to the thin layer 20 (1,2). 17. Werkwijze volgens een der conclusies 13-16, met het kenmerk, dat aan ten minste een deel van de eerste sublagen (12,22) een dikte van maximaal 200 nm, bij voorkeur maximaal 50 nm, wordt gegeven.Method according to one of claims 13 to 16, characterized in that at least a part of the first sublayers (12, 22) is given a thickness of at most 200 nm, preferably at most 50 nm. 18. Werkwijze volgens een der conclusies 13-17, met het kenmerk, dat ten minste een 25 deel van de eerste sublagen (12,22) in hoofdzaak wordt opgebouwd uit zinkoxide18. Method as claimed in any of the claims 13-17, characterized in that at least a part of the first sublayers (12,22) is substantially built up from zinc oxide 19. Werkwijze volgens een der conclusies 13-18, met het kenmerk, dat de werkwijze tevens omvat het tussen de eerste sublagen (12,22) aanbrengen van een aantal tweede I sublagen (13,23) welke tweede sublagen (13,23) dienen als substraatlagen voor ten minste een deel van de eerste sublagen (12,22).A method according to any one of claims 13-18, characterized in that the method also comprises arranging a number of second I sublayers (13,23) between the first sublayers (12,22), which second sublayers (13,23) serve as substrate layers for at least a portion of the first sublayers (12,22). 20. Werkwijze volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat aan ten minste een deel van de tweede sublagen (13,23) een dikte van maximaal 20 nm, bij voorkeur maximaal 5 nm, wordt gegeven. I ΠΟΟΟ-7Λ-Method according to claim 19, characterized in that at least a part of the second sublayers (13, 23) is given a thickness of at most 20 nm, preferably at most 5 nm. I Λ 7 Λ 21. Werkwijze volgens conclusie 19 of 20, met het kenmerk, dat, ten minste een deel van de tweede sublagen (13,14) in hoofdzaak wordt opgebouwd uit sflichnnoxicle.A method according to claim 19 or 20, characterized in that at least a part of the second sublayers (13, 14) is essentially made up of silicon oxide. 22. Werkwijze volgens conclusie 19 of 20, met het kenmerk, dat, ten minste een deel van de tweede sublagen (13,14) in hoofdzaak wordt opgebouwd uit siliciumnitride.A method according to claim 19 or 20, characterized in that at least a part of the second sublayers (13, 14) is substantially composed of silicon nitride. 23. Werkwijze volgens een der conclusies 13-22, met het kenmerk, dat het gewenste gedrag het elektro-optisch gedrag van de dunne laag (1,2) betreft.Method according to one of claims 13 to 22, characterized in that the desired behavior relates to the electro-optical behavior of the thin layer (1,2). 24. Werkwijze volgens een der conclusies 13-23, met het kenmerk, dat het gewenste gedrag het piëzo-elektrisch gedrag van de dunne laag (1,2) betreft. t 023 3 7rMethod according to one of claims 13 to 23, characterized in that the desired behavior relates to the piezoelectric behavior of the thin layer (1,2). t 023 3 7r
NL1023376A 2003-05-09 2003-05-09 Thin layer and method for manufacturing a thin layer. NL1023376C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1023376A NL1023376C2 (en) 2003-05-09 2003-05-09 Thin layer and method for manufacturing a thin layer.
PCT/NL2004/000308 WO2004099864A2 (en) 2003-05-09 2004-05-10 Electro-optical transducer

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1023376 2003-05-09
NL1023376A NL1023376C2 (en) 2003-05-09 2003-05-09 Thin layer and method for manufacturing a thin layer.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1023376C2 true NL1023376C2 (en) 2004-11-15

Family

ID=33432525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1023376A NL1023376C2 (en) 2003-05-09 2003-05-09 Thin layer and method for manufacturing a thin layer.

Country Status (2)

Country Link
NL (1) NL1023376C2 (en)
WO (1) WO2004099864A2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7657188B2 (en) 2004-05-21 2010-02-02 Coveytech Llc Optical device and circuit using phase modulation and related methods
US7409131B2 (en) 2006-02-14 2008-08-05 Coveytech, Llc All-optical logic gates using nonlinear elements—claim set V

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4923526A (en) * 1985-02-20 1990-05-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Homogeneous fine grained metal film on substrate and manufacturing method thereof
EP0799906A1 (en) * 1996-04-04 1997-10-08 Texas Instruments Incorporated Semiconductor device
US20020102352A1 (en) * 1999-12-02 2002-08-01 Klaus Hartig Haze-resistant transparent film stacks

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1275317C (en) * 1984-02-28 1990-10-16 Charles B. Roxlo Superlattice electrooptic devices
US5194983A (en) * 1986-11-27 1993-03-16 Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S.) Superlattice optical monitor
JP2606079B2 (en) * 1993-06-25 1997-04-30 日本電気株式会社 Optical semiconductor device
US6501092B1 (en) * 1999-10-25 2002-12-31 Intel Corporation Integrated semiconductor superlattice optical modulator
JP4585171B2 (en) * 2001-01-30 2010-11-24 マイクロソフト インターナショナル ホールディングス ビイ．ヴイ． Light modulator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4923526A (en) * 1985-02-20 1990-05-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Homogeneous fine grained metal film on substrate and manufacturing method thereof
EP0799906A1 (en) * 1996-04-04 1997-10-08 Texas Instruments Incorporated Semiconductor device
US20020102352A1 (en) * 1999-12-02 2002-08-01 Klaus Hartig Haze-resistant transparent film stacks

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DELOACH J D ET AL: "Growth-controlled cubic zirconia microstructure in zirconia-titania nanolaminates", JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY A (VACUUM, SURFACES, AND FILMS), SEPT. 2002, AIP FOR AMERICAN VACUUM SOC, USA, vol. 20, no. 5, pages 1517 - 1524, XP002266870, ISSN: 0734-2101 *
KOBAYASHI H ET AL: "FABRICATION OF PIEZOELECTRIC THIN FILM RESONATORS WITH ACOUSTIC QUARTER-WAVE MULTILAYERS", JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, PUBLICATION OFFICE JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS. TOKYO, JP, vol. 41, no. 5B, PART 1, May 2002 (2002-05-01), pages 3455 - 3457, XP001163738, ISSN: 0021-4922 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004099864A2 (en) 2004-11-18
WO2004099864A3 (en) 2005-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11165011B2 (en) Piezoelectric element and method for manufacturing piezoelectric element
JP3521499B2 (en) Piezoelectric / electrostrictive film type element
JP5539430B2 (en) Manufacturing method of electronic equipment
EP1703253A1 (en) Angular velocity sensor and manufacturing method thereof
US9450171B2 (en) Thin film piezoelectric element and manufacturing method thereof, micro-actuator, head gimbal assembly and disk drive unit with the same
JP5621922B2 (en) Piezoelectric element and manufacturing method thereof
US8164234B2 (en) Sputtered piezoelectric material
US9702698B2 (en) Angular velocity sensor and manufacturing method therefor
JP2010238856A (en) Piezoelectric element, and gyro sensor
JP5756786B2 (en) Piezoelectric device and method of using the same
US20070228871A1 (en) Thin-film piezoelectric device and method of manufacturing the same
EP1519213A1 (en) Bimorphically actuated, oscillating micromirror
US20070103037A1 (en) Component with a piezoelectric functional layer
NL1023376C2 (en) Thin layer and method for manufacturing a thin layer.
JP6346693B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric element
US20190214543A1 (en) Monolithic pzt actuator, stage, and method for making
JP5477478B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric element and mother piezoelectric substrate with electrode
JP3126212B2 (en) Piezoelectric / electrostrictive film type element
JP6426061B2 (en) Method of manufacturing laminated thin film structure, laminated thin film structure and piezoelectric element provided with the same
CN108640078B (en) Pressure sensor and forming method thereof
WO2005001526A1 (en) Method for producing multilayer optical device
CN111384229B (en) Film laminate, film element, and laminate substrate
JP2009170631A (en) Piezoelectric element and method of manufacturing the same, and piezoelectric application device using the same
US20210258697A1 (en) Layered Ferroelectric Sc(x)Al(1-x)N Transducer
WO2017186810A1 (en) Method for industrial manufacturing of a semiconductor structure with reduced bowing

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20071201