CH715946A2 - Coil spring and method of making a coil spring. - Google Patents

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CH715946A2
CH715946A2 CH00246/20A CH2462020A CH715946A2 CH 715946 A2 CH715946 A2 CH 715946A2 CH 00246/20 A CH00246/20 A CH 00246/20A CH 2462020 A CH2462020 A CH 2462020A CH 715946 A2 CH715946 A2 CH 715946A2
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piezoelectric
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Schafroth Konrad
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Xctracor Gmbh
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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder mit einem Kern (204) und einer piezoelektrischen Beschichtung (207), wobei die benannte piezoelektrische Beschichtung nach dem Beschichten durch Anlegen einer elektrischen Spannung polarisiert wird.Method for producing a spiral spring with a core (204) and a piezoelectric coating (207), wherein said piezoelectric coating is polarized after the coating by applying an electrical voltage.

Description

Technisches GebietTechnical area

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder mit einem Substrat und einer piezoelektrischen Beschichtung. The invention relates to a method for producing a coil spring with a substrate and a piezoelectric coating.

[0002] Eine solche Feder kann beispielsweise als Spiralfeder in einer mechanischen Uhr verwendet werden, in welcher eine elektronische Schaltung den Gang der Uhr durch Kontrolle der Steifigkeit der Spiralfeder regelt. Such a spring can be used, for example, as a spiral spring in a mechanical watch, in which an electronic circuit regulates the rate of the clock by controlling the stiffness of the spiral spring.

Stand der TechnikState of the art

[0003] Es wird eine Unruhe mit einer Spiralfeder aus piezoelektrischem Material und einer kleinen, den Gang der Unruhe regelnden Elektronik verwendet. Aus der JP2002228774A ist schon ein solches Uhrwerk mit einer piezoelektrischen Spiralfeder bekannt. A balance with a spiral spring made of piezoelectric material and a small electronics regulating the course of the balance is used. Such a clockwork with a piezoelectric spiral spring is already known from JP2002228774A.

[0004] Aus der internationalen Anmeldung WO2011131784 und aus CH20100001298, deren Inhalt hiermit per Referenz aufgenommen wird, ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem eine piezoelektrische Spiralfeder hergestellt wird, indem eine Spiralfeder aus Silizium mit einer piezoelektrischen Beschichtung und den entsprechenden Elektroden versehen wird. Gemäß dieser Anmeldung wird die piezoelektrische Beschichtung mittels der metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (engl. metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) hergestellt. Nachdem die Spiralfeder mit der piezoelektrischen Beschichtung versehen worden ist, werden mittels Sputtern und anschließendem Ätzen die Elektroden strukturiert. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die gewünschte Qualität der piezoelektrischen Beschichtung, in diesem Falle Aluminiumnitrid AIN, nur bei hohen Temperaturen im Bereich von 1100-1300 Grad Celsius erreicht werden kann. Beim Abkühlen der Spiralfeder auf Raumtemperatur entstehen durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Silizium und AIN große Spannungen. From the international application WO2011131784 and from CH20100001298, the content of which is hereby incorporated by reference, a method is described in which a piezoelectric spiral spring is produced by providing a spiral spring made of silicon with a piezoelectric coating and the corresponding electrodes. According to this application, the piezoelectric coating is produced by means of metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD). After the spiral spring has been provided with the piezoelectric coating, the electrodes are structured by means of sputtering and subsequent etching. The disadvantage of this method is that the desired quality of the piezoelectric coating, in this case aluminum nitride AlN, can only be achieved at high temperatures in the range of 1100-1300 degrees Celsius. When the spiral spring cools down to room temperature, the different expansion coefficients of silicon and AlN cause great stresses.

[0005] Diese mechanischen Spannungen können teilweise reduziert werden, indem Zwischenschichten aus Aluminiumnitrid abwechselnd mit Schichten aus AlGaN oder GaN gewachsen werden. Durch die kleinere Gitterkonstante des Aluminiumnitrid wird das darauf wachsende AlGaN oder GaN leicht druckverspannt, was der Zugverspannung, die schon beim Wachstum und vor allen Dingen beim Abkühlen entsteht, entgegenwirkt. Somit kann man theoretisch ein fast verspannungsfreies Material erhalten. In der Praxis hat sich aber herausgestellt, dass dies nicht so einfach ist. Zudem hat GaN einen kleineren Piezokoeffizienten als AIN. Des Weiteren ist es kaum möglich, dass AIN mit beispielsweise Scandium zu dotieren, was den Piezokoeffizienten wesentlich erhöhen würde. These mechanical stresses can be partially reduced by growing intermediate layers of aluminum nitride alternately with layers of AlGaN or GaN. Due to the smaller lattice constant of the aluminum nitride, the AlGaN or GaN growing on it is slightly compressive, which counteracts the tensile stress that already arises during growth and, above all, during cooling. Thus, theoretically, one can obtain an almost stress-free material. In practice, however, it turned out that this is not that easy. In addition, GaN has a smaller piezo coefficient than AIN. Furthermore, it is hardly possible to dop the AlN with scandium, for example, which would significantly increase the piezo coefficient.

[0006] In der Anmeldung CH20160000791 ist ein Verfahren beschrieben bei dem die piezoelektrische Beschichtung mittels Hochenergieimpulsmagnetronsputtern (englisch high power impulse magnetron sputtering, HiPIMS, oder high power pulsed magnetron sputtering, HPPMS) aufgebracht werden. In derselben Patentanmeldung ist auch beschrieben, dass das Aluminiumnitrid mit Scandium dotiert werden kann. Dies kann durch Co-Sputtern mit einem zweiten Target aus Scandium realisiert werden, das erste Target ist aus Aluminium. In the application CH20160000791 a method is described in which the piezoelectric coating by means of high-energy pulsed magnetron sputtering (English high power impulse magnetron sputtering, HiPIMS, or high power pulsed magnetron sputtering, HPPMS) are applied. In the same patent application it is also described that the aluminum nitride can be doped with scandium. This can be achieved by co-sputtering with a second target made of scandium, the first target is made of aluminum.

[0007] Sputtern von AIN mit HiPIMPS funktioniert gut, die Spiralfedern sind nach dem Beschichten mit der piezoelektrischen Schicht viel stabiler als die mittels MOCVD beschichteten Spiralfedern. Allerdings gibt es Probleme mit dem Wirkungsgrad und der Polarisierung der Kristalle. Des Weiteren kann die induzierte Spannung der Spiralfeder so hoch werden, dass es zu einem Kurzschluss durch einen Durchschlag kommen kann, da die Durschlagsfestigkeit überschritten wird. Sputtering of AIN with HiPIMPS works well, the spiral springs are much more stable after coating with the piezoelectric layer than the spiral springs coated by means of MOCVD. However, there are problems with the efficiency and polarization of the crystals. Furthermore, the induced tension of the spiral spring can become so high that a short circuit due to a breakdown can occur, since the breakdown strength is exceeded.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

[0008] Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Spiralfeder vorzuschlagen, bei der die piezoelektrische Beschichtung eine bessere Orientierung der Kristalle aufweist. The aim of the present invention is to propose a method for producing a piezoelectric spiral spring in which the piezoelectric coating has a better orientation of the crystals.

[0009] Eine andere Aufgabe ist es den Wirkungsgrad zu erhöhen so dass die Piezospiralfeder eine möglichst hohe elektrische Leistung abgibt. Another object is to increase the efficiency so that the piezo coil spring delivers the highest possible electrical power.

[0010] Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Durchschlagsfestigkeit der Piezospiralfeder zu erhöhen, um so einen grösseren Abstand zwischen der Durschlagsfestigkeit und der maximalen induzierten Spannung zu erzielen. Another object of the invention is to increase the dielectric strength of the piezo coil spring in order to achieve a greater distance between the dielectric strength and the maximum induced voltage.

[0011] Erfindungsgemäss werden diese Probleme gelöst indem das Aluminium-Scandium-Nitrid AI(1-x)Sc(X)N mittels Hochenergieimpulsmagnetronsputtern (englisch high power impulse magnetron sputtering, HiPIMS, oder high power pulsed magnetron sputtering, HPPMS) beschichtet wird, und dass die Beschichtung aus Al(1-x)Sc(X)N nachträglich noch polarisiert wird. According to the invention, these problems are solved by coating the aluminum-scandium-nitride AI (1-x) Sc (X) N by means of high-energy pulse magnetron sputtering (HiPIMS, or high power pulsed magnetron sputtering, HPPMS), and that the Al (1-x) Sc (X) N coating is subsequently polarized.

[0012] Es kann nicht nur AluminiumNitrid Al(1-x)Sc(X)mit Scandium dotiert werden, es ist auch möglich GalliumNitrid oder IndiumNitrid mit Scandium zu dotieren. Die entsprechenden Materialien sind dann Al(1-x)Sc(X), Ga(1-x)Sc(X)N und In(1-x)Sc(X)N. Es ist aber auch möglich Aluminium-Gallium-Nitrid mit Scandium zu dotieren. Nachfolgend wird der Einfachheit halber die Erfindung mit Al(1-x)Sc(X)beschrieben. Not only can aluminum nitride Al (1-x) Sc (X) be doped with scandium, it is also possible to dop gallium nitride or indium nitride with scandium. The corresponding materials are then Al (1-x) Sc (X), Ga (1-x) Sc (X) N and In (1-x) Sc (X) N. But it is also possible to dope aluminum gallium nitride with scandium. For the sake of simplicity, the invention is described below with Al (1-x) Sc (X).

[0013] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. [0013] Further advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

[0014] Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figur näher erläutert, wobei <tb>Fig.1a<SEP>Einen Querschnitt durch eine einzelne Windung der Spiralfeder zeigt. <tb>Fig.1b<SEP>Ein Detail aus dem Querschnitt der Figur 1a. <tb>Fig.2a<SEP>Einen Längsschnitt durch einen Abschnitt der Spiralfeder nach Sputtering der Elektroden und nach dem Bruch der ersten Sollbruchstellen 3 gemäss einer ersten Variante eines Herstellungsverfahrens. <tb>Fig.2a<SEP>Einen Längsschnitt durch einen Abschnitt der Spiralfeder nach dem Polarisierungsvorgangs gemäss der ersten Variante eines Herstellungsverfahrens. <tb>Fig. 3a<SEP>Einen Längsschnitt durch einen Abschnitt der Spiralfeder nach Sputtering der Elektroden und nach dem Bruch der ersten Sollbruchstellen 3 gemäss einer zweiten Variante eines Herstellungsverfahrens. <tb>Fig. 3b<SEP>Einen Längsschnitt durch einen Abschnitt der Spiralfeder nach dem Polarisierungsvorgangs gemäss der zweiten Variante eines Herstellungsverfahrens. <tb>Fig. 4<SEP>Eine Spiralfeder, aus welcher keine Sollbruchstelle noch gebrochen wurde und die noch mit dem Wafer verbunden ist. <tb>Fig. 5<SEP>Eine Spiralfeder, aus welcher nur gewisse Sollbruchstellen gebrochen wurden, damit die Innenelektrode kontaktiert werden kann, wobei die Spiralfeder noch mit dem Wafer verbunden ist. <tb>Fig. 6<SEP>Eine Spiralfeder, aus welcher alle Sollbruchstellen gebrochen wurden, und die noch aus dem Wafer entfernt worden ist, so dass die Aussenelektrode in zwei Teilen geteilt ist.The invention is explained in more detail with reference to the attached figure, wherein <tb> Fig.1a <SEP> shows a cross section through a single turn of the spiral spring. <tb> Fig.1b <SEP> A detail from the cross section of FIG. 1a. <tb> FIG. 2a <SEP> A longitudinal section through a section of the spiral spring after sputtering the electrodes and after breaking the first predetermined breaking points 3 according to a first variant of a manufacturing method. <tb> Fig.2a <SEP> A longitudinal section through a section of the spiral spring after the polarization process according to the first variant of a manufacturing process. <tb> Fig. 3a <SEP> A longitudinal section through a section of the spiral spring after sputtering the electrodes and after breaking the first predetermined breaking points 3 according to a second variant of a manufacturing method. <tb> Fig. 3b <SEP> a longitudinal section through a section of the spiral spring after the polarization process according to the second variant of a manufacturing process. <tb> Fig. 4 <SEP> A spiral spring from which no predetermined breaking point has been broken and which is still connected to the wafer. <tb> Fig. 5 <SEP> A spiral spring from which only certain predetermined breaking points have been broken so that the inner electrode can be contacted, whereby the spiral spring is still connected to the wafer. <tb> Fig. 6 <SEP> A spiral spring from which all predetermined breaking points have been broken and which has been removed from the wafer, so that the outer electrode is divided into two parts.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention

[0015] Die Figuren 1a und 1b zeigen einen Querschnitt durch eine einzelne Windung einer Spiralfeder 20. Der Kern der Spiralfeder besteht aus einem Substrat 204 aus Silizium. Darauf ist eine Schicht 205 aus Siliziumoxid mit einer Dicke von beispielsweise 100nm angebracht, beispielsweise durch oxidieren des Siliziumwafers nach dem Ätzen / Strukturieren der Spiralfeder 20. Dies hat einerseits den Vorteil, dass die Oberfläche der Spiralfeder geglättet wird, und andererseits eine Temperaturkompensation mindestens teilweise erreicht wird, so dass die Schwingfrequenz der Kombination Unruhe / Spiralfeder auch bei Temperaturänderungen im Wesentlichen stabil bleibt oder sich nur wenig ändert. Zudem wird durch diese Schicht amorphes Material das Kristallwachstum von AI(1-x)Sc(X)N vom darunterliegenden Silizium kristallographisch entkoppelt. Figures 1a and 1b show a cross section through a single turn of a spiral spring 20. The core of the spiral spring consists of a substrate 204 made of silicon. A layer 205 of silicon oxide with a thickness of 100 nm, for example, is applied thereon, for example by oxidizing the silicon wafer after the etching / structuring of the spiral spring 20. This has the advantage that the surface of the spiral spring is smoothed on the one hand, and at least partially achieves temperature compensation on the other so that the oscillation frequency of the balance / spiral spring combination remains essentially stable or changes only slightly even with temperature changes. In addition, through this layer of amorphous material, the crystal growth of Al (1-x) Sc (X) N is crystallographically decoupled from the silicon below.

[0016] Auf diese Schicht amorphes Siliziumdioxid wird mittels Kathodenzerstäubung (auch Sputtering oder Sputtern genannt) eine Innenelektrode 206 aufgebracht, beispielsweise eine Schicht Titan oder Molybdän, mit einer Dicke von beispielsweise 10-50nm. Es kann aber auch ein anderes leitfähiges Material verwendet werden. Wenn auf die Schicht Siliziumoxid 205 verzichtet wird, kann sogar der Kern der Spiralfeder aus Silizium als Innenelektrode verwendet werden, in diesem Falle muss nur elektrisch leitfähiges Silizium verwendet werden. Wenn die Schicht Siliziumdioxid 205 dünn ist, beispielsweise ein paar wenige Nanometer, und der Kern der Spiralfeder aus leitfähigem Silizium besteht, wird auch keine zusätzliche Innenelektrode benötigt, in diesem Falle dient der Kern aus leitfähigem Silizium als Innenelektrode. An inner electrode 206, for example a layer of titanium or molybdenum, with a thickness of 10-50 nm, for example, is applied to this layer of amorphous silicon dioxide by means of cathode atomization (also called sputtering or sputtering). However, another conductive material can also be used. If the silicon oxide layer 205 is dispensed with, even the core of the spiral spring made of silicon can be used as the inner electrode, in which case only electrically conductive silicon has to be used. If the silicon dioxide layer 205 is thin, for example a few nanometers, and the core of the spiral spring is made of conductive silicon, no additional internal electrode is required; in this case, the core made of conductive silicon serves as the internal electrode.

[0017] Auf die Innenelektrode 206 aus Titan oder Molybdän wird eine piezoelektrisch aktive Schicht 207 aufgebracht, beispielswiese AluminiumScandiumNitrid Al(1-x)Sc(X)N mit einer Schichtdicke von 1000nm. Vorteilhafterweise wird ein Anteil x von 0.27-0.43 Scandium verwendet. Ein solches AluminiumScandiumNitrid hat gegenüber AIN 2-5x höhere Piezokoeffizienten. Auf die Schicht piezoelektrisch aktiven Materials wird abschliessend eine Aussenelektrode 208 aufgebracht, beispielsweise 50-200nm aus Chrom / Nickel /Gold. Die Aussenelektroden 208 sind auch beiden Seitenflanken der Spiralfeder angeordnet, auf der Ober- und Unterseite der Spiralfeder 20 sind vorzugsweise keine Elektroden vorhanden. A piezoelectrically active layer 207 is applied to the inner electrode 206 made of titanium or molybdenum, for example aluminum-scandium nitride Al (1-x) Sc (X) N with a layer thickness of 1000 nm. A proportion x of 0.27-0.43 scandium is advantageously used. Such an aluminum-scandium nitride has a piezo coefficient that is 2-5x higher than that of AlN. Finally, an external electrode 208, for example 50-200 nm made of chromium / nickel / gold, is applied to the layer of piezoelectrically active material. The outer electrodes 208 are also arranged on both side flanks of the spiral spring; there are preferably no electrodes on the top and bottom of the spiral spring 20.

[0018] Die piezoelektrische Beschichtung 207 aus AI(1-x)Sc(X)N wird vorzugsweise mittels Hochenergieimpulsmagnetronsputtern (englisch high power impulse magnetron sputtering, HiPIMS, oder high power pulsed magnetron sputtering, HPPMS) aufgebracht. The piezoelectric coating 207 made of Al (1-x) Sc (X) N is preferably applied by means of high-energy pulsed magnetron sputtering (English high power impulse magnetron sputtering, HiPIMS, or high power pulsed magnetron sputtering, HPPMS).

[0019] HiPIMS ist ein spezielles Magnetronsputterverfahren zur Abscheidung von Dünnschichten. HiPIMS verwendet sehr hohe Target-Leistungsdichten von einigen kW·cm-2 in kurzen Pulsen von einigen zehn Mikrosekunden bei geringem Tastverhältnis (Ein-Aus-Verhältnis) von kleiner als 10 %. Ein charakterisierendes Merkmal des HiPIMS ist der hohe Ionisationsgrad des gesputterten Spendermaterials und die hohe Rate der molekularen Gasdissoziation. Da die Pulse bei HiPIMS nur für eine sehr kurze Zeit auf das Targetmaterial wirken und sich daran eine relativ lange „Aus-Zeit“ anschließt, ergeben sich niedrige durchschnittliche Kathodenleistungen (1-10 kW). So kann das Targetmaterial in den Aus-Zeiten abkühlen und eine bessere Prozessstabilität ist gegeben. HiPIMS is a special magnetron sputtering process for the deposition of thin films. HiPIMS uses very high target power densities of a few kW · cm-2 in short pulses of a few tens of microseconds with a low duty cycle (on-off ratio) of less than 10%. A characteristic feature of the HiPIMS is the high degree of ionization of the sputtered donor material and the high rate of molecular gas dissociation. Since the pulses with HiPIMS only act on the target material for a very short time and this is followed by a relatively long "off time", the average cathode power is low (1-10 kW). In this way, the target material can cool down during the off-times and a better process stability is given.

[0020] Mittels HiPIMS ist es also möglich AI(1-x)Sc(X)N praktisch bei Raumtemperatur aufzubringen. Deshalb gibt es im Gegensatz zu MOCVD bei HiPIMS das Problem der thermischen Verspannung nicht oder kaum. Deswegen sind Spiralfedern, die mittels HiPIMS beschichtet worden sind, wesentlich stabiler als Spiralfedern, die mittels MOCVD beschichtet worden sind. Using HiPIMS, it is therefore possible to apply AI (1-x) Sc (X) N practically at room temperature. Therefore, in contrast to MOCVD, HiPIMS does not have the problem of thermal distortion or hardly any. Because of this, spiral springs that have been coated with HiPIMS are much more stable than spiral springs that have been coated with MOCVD.

[0021] Ein weiterer Vorteil von HiPIMS ist, dass der Scandiumgehalt im Al(1-x)Sc(X)N durch verwenden von Co-Sputtern einfach eingestellt werden kann: Das eine Target besteht aus Aluminium, das andere Target aus Scandium. Je nachdem mit wieviel Leistung die einzelnen Targets betrieben werden wird auch dementsprechend Material von diesem Target gesputtert. Another advantage of HiPIMS is that the scandium content in the Al (1-x) Sc (X) N can be easily adjusted by using co-sputtering: One target is made of aluminum, the other target of scandium. Depending on how much power the individual targets are operated with, material is sputtered from this target accordingly.

[0022] Es ist aber auch möglich ein Target mit einer Legierung aus Aluminium und Scandium zu verwenden, beispielsweise ein Target mit 27% Scandium und 73% Aluminium. Dies ergibt dann ein Al0.73Sc0.27N. But it is also possible to use a target with an alloy of aluminum and scandium, for example a target with 27% scandium and 73% aluminum. This then results in an Al0.73Sc0.27N.

[0023] Ein weiterer Vorteil von HiPIMS ist die Möglichkeit, mehrere unterschiedliche Schichten aufeinander „stapeln“ zu können. So kann beispielsweise die Spiralfeder zuerst oxidiert werden, so dass auf der gesamten Oberfläche der Spiralfeder eine Schicht amorphes Siliziumdioxid vorhanden ist. Dies hat den Vorteil dass eine mit Siliziumdioxid beschichtete Spiralfeder bei Temperaturänderungen die Frequenz kaum ändert, da sich die Variationen des Elastizitätsmoduls von Silizium und Siliziumdioxid gegenseitig mehr oder weniger kompensieren. Ein weiterer Vorteil dieser Schicht Siliziumdioxid ist dass das Siliziumdioxid amorph ist, und somit eine kristallographische Entkoppelung stattfindet zwischen dem Silizium und dem AI(1-x)Sc(X)N, die beide eine Kristallstruktur aufweisen. Another advantage of HiPIMS is the possibility of being able to “stack” several different layers on top of one another. For example, the spiral spring can be oxidized first so that a layer of amorphous silicon dioxide is present on the entire surface of the spiral spring. This has the advantage that a spiral spring coated with silicon dioxide hardly changes the frequency when the temperature changes, since the variations in the modulus of elasticity of silicon and silicon dioxide more or less compensate one another. Another advantage of this layer of silicon dioxide is that the silicon dioxide is amorphous, and thus a crystallographic decoupling takes place between the silicon and the Al (1-x) Sc (X) N, both of which have a crystal structure.

[0024] Mit HiPIMS kann direkt auf das Siliziumdioxid 205 mit Al(1-x)Sc(X)N 207 beschichtet werden. Bei MOCVD ist dies nicht möglich, da bei den hohen Temperaturen das Aluminium mit dem Siliziumdioxid reagiert und die Schicht aus Siliziumdioxid angreift oder sogar ganz auflöst, was in einer schlechten Qualität des darauf gewachsenen AIN oder AI(1-x)Sc(X)N resultiert. With HiPIMS, Al (1-x) Sc (X) N 207 can be coated directly onto silicon dioxide 205. This is not possible with MOCVD, because at the high temperatures the aluminum reacts with the silicon dioxide and attacks the silicon dioxide layer or even dissolves it completely, resulting in a poor quality of the AIN or AI (1-x) Sc (X) N that has grown on it results.

[0025] Beim Beschichten mit HiPIMS kann also auch eine Spiralfeder 20 aus Silizium, deren Oberfläche oxidiert wurde, mit qualitativ hochwertigem Al(1-x)Sc(X)N beschichtet werden, ohne dass das Siliziumdioxid 205 während des Beschichtungsprozesses angegriffen wird. Idealerweise wird auf das Siliziumdioxid 205 zuerst eine dünne Schicht 206 von beispielsweise 10-50nm Titan oder Molybdän aufgebracht, es kann aber auch zuerst eine dünne Schicht von 10-50nm reinem Aluminium aufgesputtert werden. Diese Schicht 206 aus elektrisch leitfähigem Material dient als Innenelektrode. Auf diese dünne leitfähige Schicht 206 wird dann zuerst eine Seedschicht von vorzugsweise AIN von beispielsweise 50-100nm gesputtert, und darauf eine 0.5-3µm dicke Schicht 207 aus Al(1-x)Sc(X)N gesputtert. When coating with HiPIMS, a spiral spring 20 made of silicon, the surface of which has been oxidized, can be coated with high quality Al (1-x) Sc (X) N without the silicon dioxide 205 being attacked during the coating process. Ideally, a thin layer 206 of, for example, 10-50 nm titanium or molybdenum is first applied to silicon dioxide 205, but a thin layer of 10-50 nm pure aluminum can also be sputtered on first. This layer 206 made of electrically conductive material serves as an internal electrode. A seed layer of preferably AlN of, for example, 50-100 nm is then first sputtered onto this thin conductive layer 206, and a 0.5-3 μm thick layer 207 made of Al (1-x) Sc (X) N is sputtered on top.

[0026] Das mittels HiPIMS aufgesputterte Al(1-x)Sc(X)N hat eine kristalline Struktur, vorzugsweise ist das Wachstum c-Achsen orientiert, d.h. die Orientierung der gewachsenen Kristalle ist senkrecht zur Oberfläche auf die das AIN aufwächst. Die Orientierung der gewachsenen Kristalle ist senkrecht zu einer Oberfläche, auf der die piezoelektrische Beschichtung 207 aufwächst. The Al (1-x) Sc (X) N sputtered by means of HiPIMS has a crystalline structure, preferably the growth is oriented c-axes, i.e. the orientation of the grown crystals is perpendicular to the surface on which the AIN grows. The orientation of the grown crystals is perpendicular to a surface on which the piezoelectric coating 207 grows.

[0027] Da die Oberfläche der Spiralfeder 20 gekrümmt ist kann das Al(1-x)Sc(X)N nicht als Monokristall gewachsen werden, sondern es entsteht kolumnares polykristallines Al(1-x)Sc(X)N. Eine andere kolumnare polykristalline Struktur kann verwendet werden. Ein Problem ist aber dass AI(1-x)Sc(X)N Stickstoff-polar oder Aluminium/Scandium-polar aufwachsen kann. Wenn nun 50% der Kristalle die eine Polarität aufweisen und 50% der Kristalle die andere Polarität aufweisen heben sich die induzierten Spannungen gegenseitig auf. Die Polarisierung kann während dem Sputterprozess nur schwer kontrolliert werden, und es muss immer damit gerechnet werden, dass nach dem Sputtern ein wesentlicher Anteil der Kristalle nicht die richtige Polarität hat. Since the surface of the spiral spring 20 is curved, the Al (1-x) Sc (X) N cannot be grown as a monocrystal, but rather columnar polycrystalline Al (1-x) Sc (X) N is formed. Another columnar polycrystalline structure can be used. One problem, however, is that Al (1-x) Sc (X) N can grow to be nitrogen-polar or aluminum / scandium-polar. If 50% of the crystals have one polarity and 50% of the crystals have the other polarity, the induced voltages cancel each other out. The polarization can only be controlled with difficulty during the sputtering process, and it must always be expected that a substantial proportion of the crystals will not have the correct polarity after sputtering.

[0028] Die piezoelektrische Beschichtung 207erfolgt vorzugsweise auf mindestens zwei Seiten des Kerns 204.Der Kern wird vorzugsweise überall und auf allen Seiten mit dem Piezomaterial AI(1-x)Sc(X)N und mit der Aussenelektrode beschichtet. Nachträglich wird vorzugsweise das Material für die Aussenelektrode 208 von der oberen und unteren Seite mit einem geeigneten Verfahren entfernt. The piezoelectric coating 207 is preferably carried out on at least two sides of the core 204. The core is preferably coated everywhere and on all sides with the piezo material AI (1-x) Sc (X) N and with the outer electrode. The material for the outer electrode 208 is preferably subsequently removed from the upper and lower sides using a suitable method.

[0029] Diese Situation wird schematisch auf dem vereinfachten Längsschnitt der Figuren 2a und 3a dargestellt, in welchen der Kern 204, die piezoelektrische Schicht 207 und die Aussenelektroden 208 dargestellt sind. Die Verhältnisse zwischen der verschiedenen Schichten 204, 207, 208 wurden geändert, damit die Figuren besser verständlich sind. Zum Beispiel wird die Schicht 207, aber auch die Schicht 208, stark vergrössert dargestellt. This situation is shown schematically on the simplified longitudinal section of FIGS. 2a and 3a, in which the core 204, the piezoelectric layer 207 and the outer electrodes 208 are shown. The relationships between the various layers 204, 207, 208 have been changed so that the figures can be better understood. For example, the layer 207, but also the layer 208, is shown greatly enlarged.

[0030] Es können vorzusgsweise auch die oben beschriebenen Schichten 205 und 206 in allen Ausführungsformen der Figuren 2a bis 3c verwendet werden. The above-described layers 205 and 206 can preferably also be used in all the embodiments of FIGS. 2a to 3c.

[0031] Auf den Figuren zeigen die Pfeile in der Schicht 207 die Richtung und der Sinn der Polarisierung. In the figures, the arrows in the layer 207 show the direction and the meaning of the polarization.

[0032] Die Figur 2a und die Figur 3a zeigen einen Längsschnitt eines Abschnitts der Spiralfeder, von oben gesehen, gleich nach dem Sputtern. Wie die Pfeile zeigen, weist ein Teil der piezoelektrischen Kristalle eine erste Polarität auf, zum Beispiel nach aussen gerichtet, während die anderen Kristalle die andere Polarität aufweisen, zum Beispiel nach innen gerichtet, so dass die induzierten Spannungen sich teilweise aufheben. FIG. 2a and FIG. 3a show a longitudinal section of a section of the spiral spring, seen from above, immediately after sputtering. As the arrows show, some of the piezoelectric crystals have a first polarity, for example directed outwards, while the other crystals have the other polarity, for example directed inwards, so that the induced voltages partially cancel each other out.

[0033] Dieses Problem ist so gelöst indem die Schicht aus Al(1-x)Sc(X)N nach dem Sputtern und nach dem Aufbringen der Elektroden nachträglich polarisiert wird, so dass alle Kristalle die gleiche Polarität aufweisen, wie auf Figure 2b dargestellt. This problem is solved in that the layer of Al (1-x) Sc (X) N is polarized after sputtering and after applying the electrodes so that all crystals have the same polarity, as shown in Figure 2b .

[0034] Diese Polarisierung wird dadurch erreicht, dass eine hohe Spannung zwischen dem elektrisch leitenden Kern 204 (oder der Innenelektrode 206, falls vorhanden) und der Aussenelektrode 208 während einer kurzen Zeit aufgebracht wird. This polarization is achieved in that a high voltage is applied between the electrically conductive core 204 (or the inner electrode 206, if present) and the outer electrode 208 for a short time.

[0035] Zum Polarisieren der Schicht kann das Silizium 204, auf welches das Al(1-x)Sc(X)N gesputtert worden ist, als Innenelektrode verwendet werden. Bedingung dafür ist, dass das Silizium elektrisch gut leitet. Dies kann realisiert werden, indem für die Spiralfeder hoch dotiertes Silizium verwendet wird. Als Innenelektrode kann aber auch eine dünne Schicht 206 aus elektrisch leitfähigem Material verwendet werden, welches vor dem Aufbringen der Schicht aus Al(1-x)Sc(X)N aufgebracht wird. Beispielsweise könnte die dünne Schicht Titan oder Molybdän die weiter oben beschrieben ist als Innenelektrode verwendet werden. Der Nachteil ist allerdings, dass die Innenelektrode schwierig zu kontaktieren ist. To polarize the layer, the silicon 204, onto which the Al (1-x) Sc (X) N has been sputtered, can be used as an internal electrode. The condition for this is that the silicon has good electrical conductivity. This can be achieved by using highly doped silicon for the spiral spring. However, a thin layer 206 of electrically conductive material, which is applied before the layer of Al (1-x) Sc (X) N is applied, can also be used as the inner electrode. For example, the thin layer of titanium or molybdenum that is described above could be used as the internal electrode. The disadvantage, however, is that the inner electrode is difficult to contact.

[0036] Es wurde beobachtet, dass sich bei einem Anteil x vom Scandium im Al(1-x)Sc(X)N von x=27% bis x=43% Al(1-x)Sc(X)N nachträglich polarisieren lässt. Je höher der Scandiumgehalt, desto tiefer ist die Spannung zwischen den Elektroden 204 und 208 (oder 206 und 208), die benötigt wird um das Al(1-x)Sc(X)N zu polarisieren. Bei x=27% muss mit ca. 4.5MV/cm polarisiert werden, bei x=43% mit ca. 2MV/cm. It was observed that with a proportion x of scandium in the Al (1-x) Sc (X) N of x = 27% to x = 43% Al (1-x) Sc (X) N polarize afterwards leaves. The higher the scandium content, the lower the voltage between electrodes 204 and 208 (or 206 and 208) that is required to polarize the Al (1-x) Sc (X) N. At x = 27%, polarization must be approx. 4.5MV / cm, at x = 43% with approx. 2MV / cm.

[0037] Ein weiterer Vorteil eines hohen Scandiumgehalts ist, dass der Koppelungsfaktor höher wird; je höher der Scandiumgehalt ist, desto mehr elektrische Energie kann mit der aufgebrachten Schicht erzeugt werden. Mit steigendem Anteil vom Scandium steigt auch die Dielektrizitätskonstante vom Al(1-x)Sc(X)N. Dies ist hilfreich, um die induzierte Spannung zu reduzieren, bildet doch die Schicht Al(1-x)Sc(X)N zusammen mit den Elektroden einen Kondensator. Je höher die Dielektrizitätskonstante des Isolators ist, desto tiefer ist die Spannung bei gleichbleibender im Kondensator gespeicherten Energiemenge. Another advantage of a high scandium content is that the coupling factor becomes higher; the higher the scandium content, the more electrical energy can be generated with the applied layer. With an increasing proportion of scandium, the dielectric constant of Al (1-x) Sc (X) N also increases. This is helpful in reducing the induced voltage, since the layer Al (1-x) Sc (X) N together with the electrodes forms a capacitor. The higher the dielectric constant of the insulator, the lower the voltage for the same amount of energy stored in the capacitor.

[0038] Mit zunehmendem Scandiumgehalt sinkt aber auch der Qualitätsfaktor. However, with increasing scandium content, the quality factor also decreases.

[0039] Einfacher ist es, wenn das elektrisch leitfähige Silizium 204 als Innenelektrode für die Polarisierung verwendet wird. Dies kann beispielswiese realisiert werden, indem kleine Sollbruchstellen 3 an der Spiralrolle in das Design der Spiralfeder integriert werden. Nach dem Aufbringen der piezoelektrischen Beschichtung 207, die ja hochisolierend ist, können diese Sollbruchstellen 3 abgebrochen werden, so dass das blanke Silizium 204 an der Bruchstelle zum Vorschein kommt. An dieser Bruchstelle kann dann mit einem elektrisch leitfähigen Stift aus Metall das Silizium 204 kontaktiert werden und als Innenelektrode für die Polarisierung, und/oder später für die Regelung des Gangs, verwendet werden. Falls das Silizium des Kerns 204 später als Innenelektrode für die Regelung des Gangs verwendet werden muss, kann es auch am besten an dem äusseren Ende der Spiralfeder kontaktiert werden. Als zweite Elektrode, die für die Polarisierung notwendig ist, können die beiden Aussenelektroden 208 verwendet werden. Diese können direkt mit einem leitfähigen Material kontaktiert werden. It is simpler if the electrically conductive silicon 204 is used as the internal electrode for the polarization. This can be implemented, for example, by integrating small predetermined breaking points 3 on the spiral roller into the design of the spiral spring. After the application of the piezoelectric coating 207, which is of course highly insulating, these predetermined breaking points 3 can be broken off so that the bare silicon 204 appears at the breaking point. The silicon 204 can then be contacted at this break point with an electrically conductive pin made of metal and used as an internal electrode for polarization and / or later for regulating the gait. If the silicon of the core 204 has to be used later as an inner electrode for regulating the gait, it can also best be contacted at the outer end of the spiral spring. The two outer electrodes 208 can be used as the second electrode, which is necessary for polarization. These can be contacted directly with a conductive material.

[0040] Das Polarisieren der piezoelektrischen Schicht 207 kann erfolgen, wenn die Spiralfeder 20 noch nicht aus dem Wafer 4 entfernt worden ist, wie auf der Figur 4 dargestellt. Es werden dann nur gewisse Sollbruchstellen 3 an der Spiralrolle herausgebrochen worden, damit die Innnenelektrode 204 aus elektrisch leitfähigem Silizium kontaktiert werden kann. Die resultierende Situation wird auf der Figur 5 (entsprechend Figuren 2b und 3a) dargestellt; auf dieser Figur zeigen die Bezugszeichen 30 die Bereiche, aus welchen Sollbruchstellen 3 entfernt wurden, so dass die äusseren Schichten 205 bis 208 nicht mehr vorhanden sind und der Kern 204 als Innenelektrode zugänglich ist. The piezoelectric layer 207 can be polarized when the spiral spring 20 has not yet been removed from the wafer 4, as shown in FIG. Only certain predetermined breaking points 3 are then broken out on the spiral roller so that contact can be made with the inner electrode 204 made of electrically conductive silicon. The resulting situation is shown in FIG. 5 (corresponding to FIGS. 2b and 3a); In this figure, the reference numeral 30 shows the areas from which predetermined breaking points 3 have been removed so that the outer layers 205 to 208 are no longer present and the core 204 is accessible as an inner electrode.

[0041] Auf dieser Figur ist die äussere Metallisierung 208 nur aus den Bereichen 30 entfernt; diese Bereiche befinden sich im dargestellten Ausführungsform alle im inneren Loch in der Virole 28 der Spiralfeder 20. Die äussere Elektrode 208 auf beiden Seitenflanken der Windungen der Spiralfeder 20 wird jedoch noch nicht unterbrochen. In this figure, the outer metallization 208 has only been removed from the areas 30; In the embodiment shown, these areas are all located in the inner hole in the virole 28 of the spiral spring 20. The outer electrode 208 on both side flanks of the turns of the spiral spring 20 is not yet interrupted.

[0042] In diesem Stadium genügt es, eine genügend hohe Spannung zwischen den Kontaktstellen 30 innen an der Spiralrolle 20 (leitfähiges Silizium, Innenelektrode 204) und an irgendeiner Stelle der Aussenelektrode 208 anzulegen um die piezoelektrische Beschichtung zu polarisieren, wie auf der Figure 2b schematisch dargestellt. At this stage, it is sufficient to apply a sufficiently high voltage between the contact points 30 inside the spiral roller 20 (conductive silicon, inner electrode 204) and at any point on the outer electrode 208 in order to polarize the piezoelectric coating, as shown schematically in Figure 2b shown.

[0043] Erfindungsgemäss kann aber auch eine andere Methode gewählt werden, um die Innenelektrode 204 an den gewünschten Stellen zugänglich zu machen. Beispielsweise können die äusseren Schichten 205-208 mit einem geeigneten Laser entfernt werden, damit der innere Kern als Innenelektrode 204 kontaktiert werden kann. According to the invention, however, another method can also be selected in order to make the inner electrode 204 accessible at the desired locations. For example, the outer layers 205-208 can be removed with a suitable laser so that contact can be made with the inner core as an inner electrode 204.

[0044] Nach dieser Polarisierung werden zweite Sollbruchstellen 5 entfernt, damit die leifähige Aussenelektrode 208 an der Inneren Seitenflanke der Windungen von der leitfähigen Aussenelektrode 208 an der äusseren Seitenflanke der Windungen galvanisch getrennt wird. Dies kann gemäss Figuren 5 und 6 erfolgen, indem eine Sollbruchstelle 5 an der äusseren Seite der Virole entfernt wird, und eine andere zweite Sollbruchstelle 5 an dem Aussenende der Spiralfeder 20 durch Entfernen der Spiralfeder 20 aus dem Wafer 4 gebrochen wird. Dadurch entsteht wie auf der Figur 6 dargestellt eine piezoelektrisch geregelte Spiralfeder mit einer ersten Elektrode 208A an der inneren Seite der Windungen und einer zweiten Elektrode 208B an der äusseren Seite der Windungen; zwischen diesen beiden Elektroden entsteht durch die Verformung des piezoelektrischen Materials während dem Betrieb der Uhr eine Spannung, mit welcher eine elektronische Schaltung gespeist werden kann und die geregelt werden kann, um die Steifigkeit der piezoelektrischen Schicht und somit den Gang des Regelorgans zu steuern. After this polarization, second predetermined breaking points 5 are removed so that the conductive outer electrode 208 on the inner side flank of the turns is galvanically separated from the conductive outer electrode 208 on the outer side flank of the turns. This can be done according to FIGS. 5 and 6 by removing a predetermined breaking point 5 on the outer side of the virole and breaking another, second predetermined breaking point 5 on the outer end of the spiral spring 20 by removing the spiral spring 20 from the wafer 4. As shown in FIG. 6, this results in a piezoelectrically controlled spiral spring with a first electrode 208A on the inner side of the turns and a second electrode 208B on the outer side of the turns; Between these two electrodes, the deformation of the piezoelectric material during operation of the watch creates a voltage with which an electronic circuit can be fed and which can be regulated in order to control the rigidity of the piezoelectric layer and thus the operation of the regulating element.

[0045] In dieser Variante erfolgt somit die Polarisierung der piezoelektrischen Schicht 207 mit einer Spannung zwischen dem Silizium Kern 204 (oder der Schicht 206) als Innenelektrode und der noch nicht unterbrochenen Aussenelektrode 208. Beim Betrieb wird die Innelektrode 204 oder 206 nicht verwendet, und es wird die Spannung zwischen dem Teil 208A und dem Teil 208B der Aussenelektrode 208 verwendet. Dadurch wird das unumgängliche Kontaktieren des Kerns 204 oder der Schicht 206 nur temporär für die einmalige Polarisierung benötigt. In this variant, the polarization of the piezoelectric layer 207 thus takes place with a voltage between the silicon core 204 (or the layer 206) as the inner electrode and the as yet uninterrupted outer electrode 208. During operation, the inner electrode 204 or 206 is not used, and the voltage between part 208A and part 208B of external electrode 208 is used. As a result, the inevitable contacting of the core 204 or the layer 206 is only required temporarily for the one-time polarization.

[0046] Als Variante ist es aber auch möglich, die Polarisierung der piezoelektrischen Schicht 207 nach der Trennung der äusseren Elektrode 208 in zwei Teilen durchzuführen, beispielsweise indem eine Spannung zwischen der Elektrode 208A an der inneren Seitenflanke der Spiralfeder und der Elektrode 208 an der äusseren Seitenflanke der Spiralfeder angebracht wird, wie in den Figuren 3A und 3C dargestellt. Beim Betrieb wird dann die Spannung zwischen dem Kern 204 (oder der Schicht 206) und der Elektrode 208A mit der Spannung zwischen dem Kern 204 (oder der Schicht 206) und der Elektrode 208B hinzugefügt. As a variant, however, it is also possible to polarize the piezoelectric layer 207 in two parts after the separation of the outer electrode 208, for example by applying a voltage between the electrode 208A on the inner side flank of the spiral spring and the electrode 208 on the outer one Side flank of the coil spring is attached, as shown in Figures 3A and 3C. In operation, the voltage between core 204 (or layer 206) and electrode 208A is then added to the voltage between core 204 (or layer 206) and electrode 208B.

[0047] Mit dem Polarisieren der Schicht aus Al(1-x)Sc(X)N nach dem Sputtern lässt sich die von der Piezospiralfeder gelieferte Energie deutlich steigern. With the polarization of the layer made of Al (1-x) Sc (X) N after the sputtering, the energy supplied by the piezospiral spring can be increased significantly.

[0048] Ein Problem dabei ist aber, dass die Spannungen so hoch werden können, dass die Durchschlagsfestigkeit nicht ausreicht und es während der Polarisierung zu einem elektrischen Durchschlag kommt, weil die angelegte Spannung höher ist als die Durchschlagsspannung. Dies kann verhindert werden, indem die Polarisierung in einem Medium durchgeführt wird, welches eine deutlich höhere Durchschlagsspannung aufweist als Luft, beispielsweise Transformatorenöl oder destilliertes Wasser. Destilliertes Wasser hat den Vorteil dass sich dieses leicht wieder entfernen lässt, ohne irgendwelche Rückstände zu hinterlassen. Der Nachteil ist, dass die Spiralfeder nach dem Ätzen sehr sauber gespült sein müssen, damit keine Rückstände vom Herstellen oder Verarbeiten der Elektroden mehr vorhanden sind. Ansonsten könnte das destillierte Wasser durch diese Rückstände elektrisch leitfähig werden. However, one problem here is that the voltages can become so high that the dielectric strength is insufficient and an electrical breakdown occurs during polarization because the applied voltage is higher than the breakdown voltage. This can be prevented by carrying out the polarization in a medium which has a significantly higher breakdown voltage than air, for example transformer oil or distilled water. Distilled water has the advantage that it can be easily removed without leaving any residue. The disadvantage is that the spiral spring must be rinsed very cleanly after etching so that there are no more residues from the manufacture or processing of the electrodes. Otherwise the distilled water could become electrically conductive due to these residues.

[0049] Tranformatorenöl hat den Vorteil, dass es nicht korrosiv ist, ist aber schwieriger zu entfernen als destilliertes Wasser. Transformer oil has the advantage that it is non-corrosive, but is more difficult to remove than distilled water.

[0050] Bei polykristallinen Materialien kann es an den Grenzen der Kristallite bei mechanischen Belastungen zu Rissen kommen. In the case of polycrystalline materials, cracks can occur at the boundaries of the crystallites under mechanical loads.

[0051] Dies kann erfindungsgemäss so gelöst werden, indem die Sputterparameter so gewählt werden, dass das Al(1-x)Sc(X)N druckverspannt aufwächst. Dabei muss aufgepasst werden, dass die Druckverspannung nur so gross ist, wie unbedingt notwendig, andererseits könnte es auch ohne mechanische Belastung der piezoelektrischen Beschichtung zu Rissen in der Beschichtung führen. According to the invention, this can be achieved in that the sputtering parameters are selected in such a way that the Al (1-x) Sc (X) N grows under compression. Care must be taken that the compressive stress is only as great as is absolutely necessary; on the other hand, it could lead to cracks in the coating even without mechanical stress on the piezoelectric coating.

[0052] Eine weitere Möglichkeit das Risiko von Rissen zu reduzieren besteht indem auf die 1-3 µm dicke Schicht aus AI(1-x)Sc(X)N xN noch mittels Atomic Layer Deposition ALD eine 10-100nm dicke Schicht aus amorphem Siliziumnitrid oder einem ähnlichen geeigneten Material aufgebracht. Dies hat einerseits den Vorteil dass das AI(1-x)Sc(X)N gegen Umwelteinflüsse gut geschützt ist, und dass die Spiralfeder wesentlich bruchfester wird, da durch das amorphe Siliziumnitrid Spannungsspitzen im Al(1-x)Sc(X)N reduziert oder gar ganz eliminiert werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass beim anschließenden Beschichten der Spiralfeder mit Elektroden mittels Sputtering keine Metallatome entlang der Korngrenzen des AlN in das AIN eindringen und die elektrischen Eigenschaften der Spiralfeder verschlechtern können. Another possibility to reduce the risk of cracks consists in adding a 10-100 nm thick layer of amorphous silicon nitride to the 1-3 μm thick layer of Al (1-x) Sc (X) N xN by means of atomic layer deposition ALD or a similar suitable material. On the one hand, this has the advantage that the Al (1-x) Sc (X) N is well protected against environmental influences, and that the spiral spring is much more break-proof, since the amorphous silicon nitride causes stress peaks in the Al (1-x) Sc (X) N can be reduced or even eliminated entirely. Another advantage is that when the coil spring is subsequently coated with electrodes by means of sputtering, no metal atoms can penetrate the AlN along the grain boundaries of the AlN and impair the electrical properties of the coil spring.

[0053] Um eine mögliche Verformung der Spiralfedern bei der Beschichtung durch die Auswirkungen der Gravitation entgegenzuwirken wird der Wafer ein oder mehrere Male während des Herstellungsprozesses in eine andere Position gebracht werden. Somit sollten sich die Auswirkungen der Gravitation während des Beschichtungsprozesses verringern oder ganz ausschließen lassen. In order to counteract a possible deformation of the coil springs during the coating due to the effects of gravity, the wafer is brought into a different position one or more times during the manufacturing process. The effects of gravity during the coating process should therefore be reduced or eliminated entirely.

[0054] Die Spiralfeder kann eine Dicke der Windungen aufweisen, die nicht konstant ist. The coil spring can have a thickness of the windings that is not constant.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder mit folgenden Schritten: Auftragen einer piezoelektrischen Beschichtung (207) auf einen Kern (204), dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Beschichtung (207) durch Anlegen einer elektrischen Spannung nachträglich polarisiert wird.1. Process for manufacturing a spiral spring with the following steps: Applying a piezoelectric coating (207) to a core (204), characterized in that the piezoelectric coating (207) is subsequently polarized by applying an electrical voltage. 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, in welchem die piezoelektrische Beschichtung (207) mindestens eine Schicht aus Aluminium-Scandium-Nitrid Al(1-x)Sc(X)N oder aus Gallium-Scandium-Nitrid Ga(1-x)Sc(x)N oder aus Indium-Scandium-Nitrid In(1-x)Sc(X)N umfasst.2. The method according to claim 1, in which the piezoelectric coating (207) comprises at least one layer of aluminum-scandium-nitride Al (1-x) Sc (X) N or of gallium-scandium-nitride Ga (1-x) Sc ( x) N or of indium-scandium-nitride In (1-x) Sc (X) N. 3. Verfahren gemäss Anspruch 2, in welchem die piezoelektrische Beschichtung aus Al(1-x)Sc(X)N mit einem Scandium Gehalt von 0.27-0.43 aufgebracht wird.3. The method according to claim 2, in which the piezoelectric coating made of Al (1-x) Sc (X) N with a scandium content of 0.27-0.43 is applied. 4. Verfahren gemäss Anspruch 2, in welchem die piezoelektrische Beschichtung aus Ga(1-x)Sc(X)N oder aus aus In(1-x)Sc(X)N mit einem Scandium Gehalt von 0.2-0.5 aufgebracht wird.4. The method according to claim 2, in which the piezoelectric coating of Ga (1-x) Sc (X) N or of In (1-x) Sc (X) N with a scandium content of 0.2-0.5 is applied. 5. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 2 bis 4, in welchem die Dicke der Al(1-x)Sc(X)N-Schicht oder der Ga(1-x)Sc(X)N Schicht (207) oder der In(1-x)Sc(X)N Schicht 0.5 bis 3 µm aufweist.5. The method according to any one of claims 2 to 4, in which the thickness of the Al (1-x) Sc (X) N layer or the Ga (1-x) Sc (X) N layer (207) or the In ( 1-x) Sc (X) N layer has 0.5 to 3 µm. 6. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, in welchem die Polarisierung der piezoelektrischen Beschichtung (207) in einem Medium erfolgt, welches eine Durchschlagsfestigkeit aufweist, die grösser als 10kV/mm ist.6. The method according to any one of claims 1 to 5, in which the polarization of the piezoelectric coating (207) takes place in a medium which has a dielectric strength that is greater than 10 kV / mm. 7. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, in welchem die Polarisierung der piezoelektrischen Beschichtung (207) in einer Umgebung aus destilliertem Wasser erfolgt.7. The method according to any one of claims 1 to 6, in which the polarization of the piezoelectric coating (207) takes place in an environment of distilled water. 8. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, in welchem der Kern (204) als Elektrode während dem Polarisierungsprozess verwendet wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, in which the core (204) is used as an electrode during the polarization process. 9. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, in welchem der Kern (204) als Elektrode während des Betriebs der Spiralfeder für die Erzeugung von elektrischer Energie verwendet wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, in which the core (204) is used as an electrode during the operation of the spiral spring for generating electrical energy. 10. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, in welchem mindestens eine Sollbruchstelle (3) gebrochen wird, um den Kern (204) als Elektrode und/oder eine innere Elektrode (206) zugänglich zu machen.10. The method according to any one of claims 1 to 9, in which at least one predetermined breaking point (3) is broken in order to make the core (204) accessible as an electrode and / or an inner electrode (206). 11. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10, in welchem eine Aussenelektrode (208) auf einer Seitenflanken der Spiralfeder aufgebracht wird, und in welchem mindestens eine Sollbruchstelle (5) gebrochen wird, um die Aussenelektrode (208A) auf der inneren Seitenflanke der Spiralfeder von der Aussenelektrode (208A) auf der äusseren Seitenflanke der Spiralfeder galvanisch zu trennen.11. The method according to any one of claims 1 to 10, in which an outer electrode (208) is applied to a side flank of the spiral spring, and in which at least one predetermined breaking point (5) is broken around the outer electrode (208A) on the inner side flank of the spiral spring galvanically separated from the outer electrode (208A) on the outer side flank of the spiral spring. 12. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11, in welchem ein Loch mit einem Laser durch die piezoelektrische Schicht gemacht wird, um den Kern (204) als Elektrode und/oder eine innere Elektrode (206) zugänglich zu machen, und/oder um eine Elektrode zu trennen.12. The method according to any one of claims 1 to 11, in which a hole is made with a laser through the piezoelectric layer in order to make the core (204) accessible as an electrode and / or an inner electrode (206), and / or to to disconnect an electrode. 13. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12, in welchem mindestens eine Elektrode, die verwendet wird, um eine von der piezoelektrischen Beschichtung (207) erzeugte elektrische Energie abzugreifen, auch für die Polarisierung derselben piezoelektrischen Beschichtung (207) verwendet wird.13. The method according to any one of claims 1 to 12, in which at least one electrode which is used to tap electrical energy generated by the piezoelectric coating (207) is also used for polarizing the same piezoelectric coating (207). 14. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Beschichtung (207) druckverspannt aufwächst.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the piezoelectric coating (207) grows under pressure. 15. Spiralfeder, die mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt wird.15. Coil spring which is produced by the method according to any one of claims 1 to 14.
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