DE102008001000B4 - Schichtsystem für Elektroden - Google Patents

Schichtsystem für Elektroden Download PDF

Info

Publication number
DE102008001000B4
DE102008001000B4 DE102008001000A DE102008001000A DE102008001000B4 DE 102008001000 B4 DE102008001000 B4 DE 102008001000B4 DE 102008001000 A DE102008001000 A DE 102008001000A DE 102008001000 A DE102008001000 A DE 102008001000A DE 102008001000 B4 DE102008001000 B4 DE 102008001000B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
layer system
substrate
matrix material
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102008001000A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102008001000A1 (de
Inventor
Siegfried Menzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Original Assignee
Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
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 Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV filed Critical Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Priority to DE102008001000A priority Critical patent/DE102008001000B4/de
Priority to PCT/EP2009/053862 priority patent/WO2009121901A1/de
Publication of DE102008001000A1 publication Critical patent/DE102008001000A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102008001000B4 publication Critical patent/DE102008001000B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/08Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/06Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/87Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/877Conductive materials

Abstract

Schichtsystem für Elektroden, bestehend aus einem piezoelektrischen Substrat mit darauf befindlichen oder im Substrat eingebetteten Streifenstrukturen aus einem Kompositmaterial, welches aus einem metallischen Matrixmaterial mit mindestens einer Einlagerungsphase aus Kohlenstoffnanostrukturen besteht.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkstoffwissenschaften und betrifft ein Schichtsystem für Elektroden, insbesondere für Interdigitalwandler für akustische Oberflächenwellen-Bauelemente, und speziell für Interdigitalwandler für akustische Oberflächenwellen-Bauelemente, welche beispielsweise als Frequenzfilter, Sensoren oder Aktuatoren zum Einsatz kommen können, aber auch für Elektroden von anderen mikro-elektromechanischen Systemen.
  • Akustische Oberflächenwellen-Bauelemente (Surface Acoustic Wave (SAW)-Bauelemente) bestehen im Allgemeinen aus einem piezoelektrischen Substrat oder einer piezoelektrischen Dünnschicht auf einem nichtpiezoelektrischem Substrat und aus einem oder mehreren Interdigitalwandlern (IDT) zur Ein- und Auskopplung der elektrischen Energie, sowie aus entsprechenden Kontaktierungsbereichen (Pads).
  • Bei dem Betrieb der akustischen Oberflächenwellen-Bauelemente bei hohen Temperaturen und/oder hohen SAW-Leistungen kann es zu stressinduzierten Ausfällen bei SAW-Bauelementen durch Migrationseffekte (Akustomigration), zu Abplatzungen (Versagen des Interface Metallschicht-Substrat) oder zur Rissbildung im Substrat selbst kommen. All dies limitiert die Leistungsverträglichkeit, die Zuverlässigkeit, sowie die Lebensdauer der Bauelemente.
  • Ein weiteres Problem bei SAW-Bauelementen besteht in der Kontaktierung der IDT, wofür haftfeste Verbindungen zwischen einem Kontaktelement (z. B. Al- oder Au-Draht) und den Pads realisiert werden müssen. Für Bauelemente mit Betriebsfrequenzen im GHz-Bereich müssen diese Pads außerdem entsprechend aufgedickt werden (Erhöhung der Schichtdicke der Metallisierung im Padbereich).
  • Interdigitalwandler für SAW-Bauelemente werden häufig entweder aus Al-basierten oder Cu-basierten Dünnschichtsystemen (Metallisierung) mit typischen Abmessungen einer Gesamtdicke von 50 bis 500 nm mit oder ohne Haftvermittlerschicht (meist Ti) hergestellt. Übliche Abscheideverfahren sind Elektronenstrahlverdampfen oder Magnetronsputtern. Diese Dünnschichtsysteme werden entweder als Einzelschicht oder als Legierungen oder als Multischichtsysteme abgeschieden. Die Strukturierung der Metallisierungsschichten erfolgt entweder über Lift-Off-Technik oder über Ätztechniken mit Hilfe einer Maske. Aufgrund eines gegebenen Zusammenhangs zwischen Migration und den mechanischen Eigenschaften der Metallisierung kann die Leistungsverträglichkeit und folglich auch die Lebensdauer der SAW-Bauelemente durch verbesserte thermomechanische Eigenschaften der Metallisierung erhöht werden.
  • Metallmatrix-Kompositmaterialien mit eingelagerten Kohlenstoffnanoröhren (CNT-MMC) sind in den letzten Jahren in Form von kompakten Pulvermaterialien bekannt geworden, wobei die speziell untersuchten CNT-Cu-Sintermaterialien merklich verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen.
  • Derartige Materialien sind aber aufgrund ihres Gefüges sowie ihrer pulvermetallurgischen Herstellung nicht für Metallisierungen für die Herstellung von SAW-Bauelementen geeignet, welche mit Dünnschichttechniken und mit Fingerbreiten der Interdigitalwandler bis in den sub-μm-Bereich hergestellt werden müssen.
  • Weiter sind elektrochemische Verfahren bekannt zur Herstellung von metallischen Dünnschichten, wie z. B. Cu, Ni, Ag, oder ähnliche. Speziell ist auch ein Verfahren zur elektrochemischen Abscheidung von CNT-Cu-Kompositen ( US 2007/0199826 A1 , US 2007/0158619 A1 , US 7226531 B2 ) bekannt. Es wurde prinzipiell gezeigt, dass sich nach Funktionalisierung der CNTs über chemische Methoden CNT-Cu-Kompositschichten auf Substraten mit verbesserten mechanischen und tribologischen Eigenschaften mittels Elektroplating herstellen lassen.
  • Nach der US 6709562 B1 ist eine Methode zur Herstellung von in einem Isolator vergrabenen Leitbahnen für mikroelektronische Schaltkreise bekannt.
  • Weiter ist nach US 7226531 B2 die Herstellung eines Verbindungsdrahtes („interconnection wire”) aus einem Kompositmaterial aus CNTs und Metall auf flexiblen Substraten bekannt.
  • Bekannt ist auch, dass Nanostrukturen und speziell Kohlenstoffnanoröhren, außergewöhnliche Eigenschaften aufweisen können [Dresselhaus, M. S., Dresselhaus, G., Avouris, P. (Eds.): Carbon Nanotubes, Synthesis, Structure, Properties, and Applications. Springer-V. Berlin (2001)].
  • Bekannt ist weiterhin nach der WO 2006/133466 A1 eine Anordnung zur Druckmessung, insbesondere bei gasgefüllten Reifen, bei der auf einem Trägersubstrat, welches einen nanokristallinen Kohlenstoff, vorzugsweise Kohlenstoff-Fullerene, Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhren umfasst, eine Oberflächenwellen-Sensor mit Erreger- und Empfangselektrode angeordnet ist und der Oberflächenwellen-Sensor mit einer Oberfläche, auf die Druck ausgeübt wird, verbunden ist.
  • Ebenfalls bekannt ist nach der US 2003/0210111 A1 ein Oberflächenwellenfilter und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Dabei werden Kohlenstoffnanoröhren als Übertragungsmedium für die akustischen Wellen eingesetzt.
  • Nachteile der bekannten Lösungen für Metallisierungen für Interdigitalwandler für SAW-Bauelemente bestehen vor allem in der noch nicht ausreichenden Leistungsbeständigkeit und Lebensdauer im Hinblick auf Akustomigration und mechanisch bedingte Abplatzungen oder Versagen des Interface zwischen Metallisierung und Substrat, insbesondere für Leistungsfilter, optische Anwendungen und für Aktuatoren.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Schichtsystems für Elektroden mit verbesserter Leistungsverträglichkeit und Lebensdauer.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße Schichtsystem für Elektroden besteht aus einem piezoelektrischen Substrat mit darauf befindlichen oder im Substrat eingebetteten Streifenstrukturen aus einem Kompositmaterial, welches aus einem metallischen Matrixmaterial mit mindestens einer Einlagerungsphase aus Kohlenstoffnanostrukturen besteht.
  • Vorteilhafterweise ist das Schichtsystem für Interdigitalwandler für akustische Oberflächenwellen-Bauelemente eingesetzt.
  • Weiterhin vorteilhafterweise weist das Kompositmaterial amorphes oder nanokristallines Gefüge auf.
  • Ebenfalls ist als metallisches Matrixmaterial ein fcc-Material mit einer hohen Leitfähigkeit vorhanden.
  • Und auch vorteilhafterweise ist als metallisches Matrixmaterial Al, Cu, Ag, Au, Pt oder Ru vorhanden.
  • Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn das metallische Matrixmaterial zu 50,1 bis 99,9 Vol.-% enthalten ist.
  • Und auch vorteilhaft ist es, wenn die Einlagerungsphase aus Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanodrähten, Fullerenen oder Graphenen besteht, wobei noch vorteilhafterweise die Kohlenstoffnanoröhren einwandig (Singlewall CNT) oder mehrwandig (Multiwall CNT) ausgebildet sind, und/oder die Einlagerungsphase in gerichteter Anordnung im Matrixmaterial enthalten ist und/oder als Einlagerungsphase vollständig gefüllte Kohlenstoffnanoröhren oder gefüllte Fullerene vorhanden sind oder eine Kombination von solchen und/oder als Einlagerungsphase eine Kombination von gefüllten Kohlenstoffnanoröhren oder gefüllten Fullerenen mit ungefüllten Kohlenstoffnanoröhren oder ungefüllten Fullerenen oder Graphenen vorhanden sind oder Kombination von solchen.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn die Kohlenstoffnanostrukturen durch katalytische CVD-Verfahren hergestellte Kohlenstoffnanostrukturen sind.
  • Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn neben der Einlagerungsphase weitere globulare, röhrenartige, stabförmige oder flächige Strukturen im Matrixmaterial enthalten sind.
  • Und auch von Vorteil ist es, wenn die Kohlenstoffnanostrukturen der Einlagerungsphase stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Substrat verbunden sind. wobei noch vorteilhafterweise gerichtet angeordnete Kohlenstoffnanostrukturen der Einlagerungsphase alle mit einem Ende mit dem Substrat stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden sind.
  • Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn zwischen Substrat und Schichtsystem eine Pufferschicht vorhanden ist.
  • Weiterhin von Vorteil ist es, wenn auf dem Schichtsystem eine Deckschicht aufgebracht ist.
  • Und auch von Vorteil ist es, wenn die Streifenstrukturen vollständig oder nahezu vollständig in das Substrat eingebettet sind.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems für Elektroden werden entweder auf eine auf einem Substrat befindliche Keimschicht Partikel oder eine Schicht eines Katalysatormaterials aufgebracht, dieser Schichtverbund wird einer Temperaturerhöhung ausgesetzt und nachfolgend mittels plasmaunterstützter Verfahren Kohlenstoffnanostrukturen hergestellt, sowie nachfolgend mindestens die Zwischenräume zwischen den Kohlenstoffnanostrukturen durch ein metallisches Matrixmaterial ausgefüllt und/oder bei dem auf ein Substrat mit oder ohne bereits darauf befindlichen Schichten mittels plasmaunterstützter Verfahren Partikel aufgebracht werden, die während oder nach dem Aufbringen zur Herausbildung von Kohlenstoffnanostrukturen führen und nachfolgend die Zwischenräume zwischen den Kohlenstoffnanostrukturen durch ein metallisches Matrixmaterial ausgefüllt werden.
  • Vorteilhafterweise wird als Keimschichtmaterial Cu oder Ru oder TaN eingesetzt.
  • Weiterhin vorteilhafterweise werden als Katalysatormaterial Fe, Ni und/oder Co eingesetzt.
  • Und auch vorteilhafterweise werden als Füllmaterial für die Kohlenstoffnanoröhren Fe, Ni und/oder Co eingesetzt.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise wird zwischen Substrat und Keimschicht eine Barriereschicht aufgebracht.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn beim plasmaunterstützten Verfahren CH4-Gas eingesetzt wird, wobei noch vorteilhafterweise ein weiteres Gas zur Verdünnung des C-Gehaltes eingesetzt wird, welches vorteilhafterweise als Ar oder He eingesetzt wird.
  • Von Vorteil ist es auch, wenn als metallisches Matrixmaterial Al, Cu, Ag oder Au eingesetzt werden oder Legierungen oder Multischichten derselben.
  • Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Nanostrukturen mit einer Zwischenschicht versehen sind, die bevorzugt mittels Atomic Layer Deposition (ALD) aufgebracht wird, wobei vorteilhafterweise die Zwischenschicht aus einem Metall oder einem Oxid oder Nitrid wie Ru, Ta, Ti, TaN, TiN, Hf-Oxid oder Zr-Oxid oder Multischichten oder Legierungen davon besteht und als solches eingesetzt wird.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es erstmals möglich, ein Kompositmaterial als Material für Elektroden und insbesondere für die Fingerelektroden der Interdigitalwandler von akustischen Oberflächenwellen-Bauelementen zu verwenden. Der Einsatz von Kompositmaterialien auf Basis eines Metalls oder einer Metalllegierung oder Metallmultischichten in Verbindung mit Nanostrukturen als Einlagerungsphase als Dünnschichtsysteme als Material für Fingerelektroden der Interdigitalwandler ist bisher nicht bekannt. Insbesondere ist nicht bekannt der Einsatz von Kohlenstoffnanostrukturen-Metallmatrix-Kompositen und insbesondere von Kohlenstoffnanostrukturen-Cu- oder -Al-Kompositmaterialien.
  • Von besonderem Interesse im Zusammenhang mit Nanokompositschichten für die o. g. Anwendungen als Schichtsystem für Interdigitalwandler für akustische Oberflächenwellen-Bauelemente sind streng geordnete 0-, 1- oder 2-dimensionale Kohlenstoffnanostrukturen, wie Fullerene, einwandige oder mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (Carbon Nanotubes = CNTs) oder Kohlenstoffnanodrähte oder Graphene. CNTs können mit unterschiedlicher Qualität, als ein- (Singlewall-CNT = SWCNT) oder mehrwandige (Multiwall-CNT = MWCNT) Kohlenstoffnanoröhren entweder über Laser-Arc, Lichtbogen-Verfahren oder CVD ohne oder mit Plasmaunterstützung hergestellt werden. Besonders die sogenannte katalytische CVD (cCVD-Verfahren) ist zur Herstellung größerer CNT-Mengen geeignet. Die Eigenschaften der hergestellten CNTs sind abhängig vom Herstellungsverfahren. Über cCVD hergestellte CNTs sind überwiegend MWCNTs im Durchmesserbereich zwischen 10 nm und 100 nm. Die äußeren Hüllen besitzen meist viele strukturelle Defekte oder sie sind teilweise oder vollständig amorph. Auch können die CNTs gereinigt, funktionalisiert oder während oder nach der Herstellung mit verschiedenen Materialien gefüllt werden.
  • Defektfreie CNTs können einen extrem hohen Young's Modul (bis etwa 1.2 TPa) und einen ballistischen Elektronentransport sowie eine hohe Wärmeleitung aufweisen.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung für Schichtsysteme für Interdigitalwandler für akustische Oberflächenwellen-Bauelemente können die bisherigen Nachteile der bekannten Lösungen für Interdigitalwandler für SAW-Bauelemente behoben oder zumindest signifikant verbessert werden, wobei insbesondere die homogene Verteilung der CNT's innerhalb des erfindungsgemäßen Schichtsystems verbessert und deren Anordnung gezielt gesteuert werden kann.
  • Weiterhin kann die Viskosität des Schichtmaterials in einem gewissen Bereich eingestellt werden und/oder auf einem bestimmten Wert gehalten werden, wodurch die Einfügedämpfung des Bauelementes positiv beeinflusst werden kann.
  • Erfindungsgemäß können zur Herstellung leistungsverträglicher Metallisierungen für Elektroden und insbesondere für Interdigitalwandler für SAW-Bauelemente Schichtsysteme mit mindestens einer Einlagerungsphase (Kompositschichtsystem) aus null- (Fullerene), ein- (Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanodrähten), oder zweidimensionalen (Graphene) Kohlenstoffnanostrukturen eingesetzt werden, die mit einem Verfahren der Dünnschichtabscheidung (bevorzugt elektrochemische Abscheidung (Elektroplating)) hergestellt werden können. Zur verbesserten Benetzung mit den Matrixmaterial werden die CNTs funktionalisiert oder mit mindestens einer Zwischenschicht versehen, die nach dem Wachstum auf die Kohlenstoffmodifikationen, vorzugsweise mit Atomic Layer Deposition (ALD), aufgebracht werden.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäßen Schichtsysteme für Elektroden und insbesondere für Interdigitalwandler für akustische Oberflächenwellen-Bauelemente kann beispielsweise derart erfolgen, dass auf ein Substrat Katalysatorpartikel (z. B. Fe, Ni, Co oder andere) aufgebracht werden. Das geschieht vorzugsweise in einer Durchlaufanlage, wobei entweder direkt die Katalysatorpartikel, z. B. über eine Sputtertechnik, aus einem übersättigten Dampf aufgebracht werden, oder in einer Durchlaufanlage zunächst eine dünne Schicht (1–5 nm Dicke) des Katalysatormaterials über eine der Dünnschichttechniken (Sputtern, Verdampfen, CVD) auf die Oberfläche des Substrates abgeschieden wird und über eine nachfolgende Wärmebehandlung die Bildung der Katalysatorpartikel durch Agglomerationseffekte erfolgt. Die Partikelgröße liegt, abhängig von den Prozessparametern, vorzugsweise zwischen 5 und 30 nm.
  • Nachfolgend wird das beschichtete Substrat in einer C-haltigen Atmosphäre über thermisch aktivierte Prozesse oder thermisch-plasmaaktivierte Prozesse mit Kohlenstoffnanostrukturen, z. B. Kohlenstoffnanoröhren, beschichtet. Diese Kohlenstoffnanoröhren haben in diesem Fall eine Vorzugsrichtung mit Bezug auf die Oberfläche des Substrates.
  • In einem anschließenden Prozess werden die Kohlenstoffnanostrukturen funktionalisiert (Bildung von O-H-Gruppen) und/oder über ALD mit mindestens einer Haftvermittlerschicht (z. B. TaN oder Ru) beschichtet, und anschließend mit Hilfe eines Abscheideverfahrens (bevorzugt Elektroplating) mit dem metallischen Matrixmaterial beschichtet, so das die Zwischenräume zwischen den Kohlenstoffnanostrukturen teilweise oder vollständig ausgefüllt werden und das Matrixmaterial als Ummantelung für die Kohlenstoffnanostrukturen dient. Damit wird eine Kompositschicht erhalten, die ausgerichtete Kohlenstoffnanostrukturen in einem Matrixmaterial enthält, bei dem die Kohlenstoffnanostrukturen in einer Länge oder über eine Dicke eingelagert sind, die mindestens der Dicke der Schicht entspricht. Darüber hinaus ist eine ungerichtete Einlagerung der Kohlenstoffnanostrukturen in dem Matrixmaterial möglich, wenn die Kohlenstoffnanostrukturen zusammen mit der Metallschicht abgeschieden werden. Zu diesem Zweck können vorteilhaft die Kohlenstoffnanostrukturen dem Elektrolyten für die elektrochemische Abscheidung zugegeben werden.
  • Weiterhin ist es möglich, beide Herstellungsprozesse zu kombinieren, so dass das Schichtsystem Bereiche mit gerichtet angeordneten Kohlenstoffnanostrukturen enthält und gleichzeitig andere Bereiche, in denen die Kohlenstoffnanostrukturen ungerichtet angeordnet sind.
  • Es ist auch möglich, Bereiche des Schichtsystems mit gerichteten und/oder ungerichteten Einlagerungsphasen mit Bereichen ohne Einlagerungsphase zu kombinieren.
  • Neben dem Elektroplating kann die Aufbringung mindestens der Matrixschicht auch über andere Verfahren, beispielsweise stromlos mittels Electroless Plating erfolgen.
  • Weiterhin kann die Beschichtung eines Substrates mit dem erfindungsgemäßen Schichtsystem erfolgen und nachfolgend das Substrat entfernt werden.
  • Das erfindungsgemäße Schichtsysteme kann auch für Elektroden für Mikrospiegelsysteme, für mikro-elektromechanische Drucksensoren oder -aktoren, für piezoelektro-mechanische Steuerelemente eingesetzt werden und zeigt dort auch eine verbesserte Leistungsverträglichkeit und Lebensdauer.
  • Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Dabei zeigen
  • 1 eine prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen Schichtsystems im Querschnitt mit gerichtet angeordneten Kohlenstoffnanostrukturen in Form von Kohlenstoffnanoröhren
    und
  • 2 eine prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen Schichtsystems im Querschnitt mit ungerichtet angeordneten Kohlenstoffnanostrukturen in Form von Kohlenstoffnanoröhren
    und
  • 3 Beispiele für transmissionselektronenmikroskopische Bilder
    • a) CNT-Cu-Schichtsystem mit einer Schichtdicke von 1,95 μm,
    • b) mit einem dünnen Ta(N)-Schicht mittels ALD beschichtete CNT vor dem Cu-Elektroplating
  • Beispiel 1
  • Die Herstellung der Interdigitalwandler für SAW-Bauelemente aus dem erfindungsgemäßen Schichtsystem wird am Beispiel der Damaszen-Technik dargestellt.
  • Ein mit einer Lackmaske versehener Wafer aus Quarz wird mittels reaktiven Ιonenätzens in fingerförmige Anordnungen, den Interdigitalwandlern, von Abmessungen (Fingerbreiten) von 3,76 μm strukturiert und der verbliebene Lack abgelöst. Nachfolgend wird diese strukturierte Anordnung mit einer 5 nm dicken Schicht aus TaN als Barriereschicht und nachfolgend mit einer 50 nm dicken Cu-Schicht als Keimschicht versehen. Diese Schichten werden aufgesputtert. Danach werden auf die Cu-Schicht Ni-Katalysatorpartikel von einer mittleren Größe von 20 nm mit einer Dichte von 1000–5000 Teilchen/μm3 aufgebracht über ein Sputterverfahren im übersättigten Dampf.
  • Im nachfolgenden plasmaunterstützten CVD-Prozess im Temperaturbereich zwischen 300°C und 500°C unter Verwendung von CH4 wachsen ein- und mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren mit einer mittleren Länge von 1–3 μm.
  • Anschließend wird über Elektroplating Cu unter Verwendung von schwefelsauren Elektrolyten auf die Oberfläche und um die Kohlenstoffnanoröhren deponiert, so dass die Anordnung aus CNTs vollständig bedeckt ist. Durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) mit einer Standard-Cu-Suspension wird das so entstandene Schichtsystem strukturiert. Dadurch werden vergrabene Interdigitalwandler-Fingerstrukturen aus einer CNT-Cu-Schicht mit im Wesentlichen eindirektional eingelagerten CNT's erhalten.
  • Bei einer Schichtdicke von 1,95 μm der CNT-Cu-Schicht beträgt der elektrische Widerstand 1,73 μOhmcm.
  • Diese Interdigitalwandler zeigen eine signifikant höhere Leistungsverträglichkeit und Lebensdauer im Vergleich zu Cu-Schichten ohne CNT-Einlagerungsphasen.
  • Beispiel 2
  • Ein mit einer Lackmaske versehener Wafer aus LiNbO3 wird mittels reaktiven Ionenätzens in fingerförmige Anordnungen von 0.5 μm Breite und einem ebensolchen Abstand (Interdigitalwandler für Filterstrukturen im GHz-Bereich) strukturiert und der Restlack abgelöst. Nachfolgend wird diese strukturierte Anordnung mit einer 3 nm dicken Schicht aus Ta-Si-N als Barriereschicht und nachfolgend mit einer 50 nm dicken Cu-Schicht als Keimschicht versehen. Diese Schichten werden aufgesputtert. Danach werden chemisch funktionalisierte Kohlenstoffnanoröhren mit einer schmalen Durchmesserverteilung mit einem Maximum bei 20 nm Durchmesser und einer Länge zwischen 3 und 5 μm in ein Cu-Elektrolyten gegeben und das Bad umgewälzt. In einem weiteren Prozessschritt erfolgt die Beschichtung mit dem Cu-Elektrolyten über Elektroplating.
  • Diese Interdigitalwandler zeigen ebenfalls eine signifikant höhere Leistungsverträglichkeit und Lebensdauer im Vergleich zu Cu-Schichten ohne CNT-Einlagerungsphasen.
  • 1
    Substrat
    2
    Zwischenschicht
    3
    Keimschicht
    4
    Einlagerungsphase
    5
    metallisches Matrixmaterial

Claims (29)

  1. Schichtsystem für Elektroden, bestehend aus einem piezoelektrischen Substrat mit darauf befindlichen oder im Substrat eingebetteten Streifenstrukturen aus einem Kompositmaterial, welches aus einem metallischen Matrixmaterial mit mindestens einer Einlagerungsphase aus Kohlenstoffnanostrukturen besteht.
  2. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem das Schichtsystem für Interdigitalwandler für akustische Oberflächenwellen-Bauelemente eingesetzt ist.
  3. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem das Kompositmaterial amorphes oder nanokristallines Gefüge aufweist.
  4. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem als metallisches Matrixmaterial ein fcc-Material mit einer hohen Leitfähigkeit vorhanden ist.
  5. Schichtsystem nach Anspruch 4, bei dem als metallisches Matrixmaterial Al, Cu, Ag, Au, Pt oder Ru vorhanden ist.
  6. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem das metallische Matrixmaterial zu 50,1 bis 99,9 Vol.-% enthalten ist.
  7. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem die Einlagerungsphase aus Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanodrähten, Fullerenen oder Graphenen besteht.
  8. Schichtsystem nach Anspruch 7, bei dem die Kohlenstoffnanoröhren einwandig (Singlewall CNT) oder mehrwandig (Multiwall CNT) ausgebildet sind.
  9. Schichtsystem nach Anspruch 7, bei dem die Einlagerungsphase in gerichteter Anordnung im Matrixmaterial enthalten ist.
  10. Schichtsystem nach Anspruch 7, bei dem als Einlagerungsphase vollständig gefüllte Kohlenstoffnanoröhren oder gefüllte Fullerene vorhanden sind oder eine Kombination von solchen.
  11. Schichtsystem nach Anspruch 7, bei dem als Einlagerungsphase eine Kombination von gefüllten Kohlenstoffnanoröhren oder gefüllten Fullerenen mit ungefüllten Kohlenstoffnanoröhren oder ungefüllten Fullerenen oder Graphenen vorhanden sind oder Kombination von solchen.
  12. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem die Kohlenstoffnanostrukturen durch katalytische CVD-Verfahren hergestellte Kohlenstoffnanostrukturen sind.
  13. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem neben der Einlagerungsphase weitere globulare, röhrenartige, stabförmige oder flächige Strukturen im Matrixmaterial enthalten sind.
  14. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem die Kohlenstoffnanostrukturen der Einlagerungsphase stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Substrat verbunden sind.
  15. Schichtsystem nach Anspruch 14, bei dem gerichtet angeordnete Kohlenstoffnanostrukturen der Einlagerungsphase alle mit einem Ende mit dem Substrat stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden sind.
  16. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem zwischen Substrat und Schichtsystem eine Barriereschicht vorhanden ist.
  17. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem auf dem Schichtsystem eine Deckschicht aufgebracht ist.
  18. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem die Streifenstrukturen vollständig oder nahezu vollständig in das Substrat eingebettet sind.
  19. Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems für Elektroden nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem entweder auf einer auf einem Substrat befindlichen Keimschicht Partikel oder eine Schicht eines Katalysatormaterials aufgebracht, dieser Schichtverbund einer Temperaturerhöhung ausgesetzt und nachfolgend mittels plasmaunterstützter Verfahren Kohlenstoffnanostrukturen hergestellt werden, sowie nachfolgend mindestens die Zwischenräume zwischen den Kohlenstoffnanostrukturen durch ein metallisches Matrixmaterial ausgefüllt werden und/oder bei dem auf ein Substrat mit oder ohne bereits darauf befindlichen Schichten mittels plasmaunterstützter Verfahren Partikel aufgebracht werden, die während oder nach dem Aufbringen zur Herausbildung von Kohlenstoffnanostrukturen führen und nachfolgend die Zwischenräume zwischen den Kohlenstoffnanostrukturen durch ein metallisches Matrixmaterial ausgefüllt werden.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem als Keimschichtmaterial Cu oder Ru oder TaN eingesetzt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem als Katalysatormaterial Fe, Ni und/oder Co eingesetzt werden.
  22. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem als Füllmaterial für die Kohlenstoffnanoröhren Fe, Ni und/oder Co eingesetzt werden.
  23. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem zwischen Substrat und Keimschicht eine Barriereschicht aufgebracht wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem beim plasmaunterstützten Verfahren CH4-Gas eingesetzt wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem ein weiteres Gas zur Verdünnung des C-Gehaltes eingesetzt wird.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem Ar oder He eingesetzt wird.
  27. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem als metallisches Matrixmaterial Al, Cu, Ag oder Au eingesetzt werden oder Legierungen oder Multischichten derselben.
  28. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Nanostrukturen mit einer Zwischenschicht versehen sind, die bevorzugt mittels Atomic Layer Deposition (ALD) aufgebracht wird.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem als Zwischenschicht ein Metall oder ein Oxid oder Nitrid, wie Ru, Ta, Ti, TaN, TiN, Hf-Oxid oder Zr-Oxid oder Multischichten oder Legierungen davon eingesetzt werden.
DE102008001000A 2008-04-04 2008-04-04 Schichtsystem für Elektroden Expired - Fee Related DE102008001000B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008001000A DE102008001000B4 (de) 2008-04-04 2008-04-04 Schichtsystem für Elektroden
PCT/EP2009/053862 WO2009121901A1 (de) 2008-04-04 2009-04-01 Schichtsystem für elektroden

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008001000A DE102008001000B4 (de) 2008-04-04 2008-04-04 Schichtsystem für Elektroden

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102008001000A1 DE102008001000A1 (de) 2009-10-08
DE102008001000B4 true DE102008001000B4 (de) 2010-02-18

Family

ID=40849235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008001000A Expired - Fee Related DE102008001000B4 (de) 2008-04-04 2008-04-04 Schichtsystem für Elektroden

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008001000B4 (de)
WO (1) WO2009121901A1 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010036256B4 (de) 2010-09-03 2018-09-27 Epcos Ag Mikroakustisches Bauelement und Herstellungsverfahren
DE102010056562B4 (de) 2010-12-30 2018-10-11 Snaptrack, Inc. Elektroakustisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung des elektroakustischen Bauelements
DE102010056572B4 (de) * 2010-12-30 2018-12-27 Snaptrack, Inc. Elektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung des elektronischen Bauelements
US9153764B2 (en) 2011-03-08 2015-10-06 Nokia Technologies Oy Apparatus for transducing a surface acoustic wave
DE102011087820A1 (de) * 2011-12-06 2013-06-06 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Akustisches oberflächenwellenbauelement und verfahren zu seiner herstellung
DE102014114721B4 (de) 2014-10-10 2019-08-29 Harting Electric Gmbh & Co. Kg Elektrischer Steckverbinder und Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Kontaktoberfläche eines elektrischen Steckverbinder-kontaktes
FR3061909B1 (fr) * 2017-01-19 2019-05-24 S.P.C.M. Sa Procede de recuperation assistee de petrole par injection d'une composition aqueuse polymerique contenant des microgels

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030210111A1 (en) * 2000-09-02 2003-11-13 Lg Electronics Inc. Saw filter and method for manufacturing the same
US6709562B1 (en) * 1995-12-29 2004-03-23 International Business Machines Corporation Method of making electroplated interconnection structures on integrated circuit chips
WO2006133466A1 (de) * 2005-06-14 2006-12-21 Electrovac Ag Anordnung zur druckmessung
US7226531B2 (en) * 2005-09-12 2007-06-05 Industrial Technology Research Institute Method of making an electroplated interconnection wire of a composite of metal and carbon nanotubes
US20070158619A1 (en) * 2006-01-12 2007-07-12 Yucong Wang Electroplated composite coating
US20070199826A1 (en) * 2006-02-28 2007-08-30 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method for manufacturing metal/carbon nanotube nano-composite using electroplating

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6709562B1 (en) * 1995-12-29 2004-03-23 International Business Machines Corporation Method of making electroplated interconnection structures on integrated circuit chips
US20030210111A1 (en) * 2000-09-02 2003-11-13 Lg Electronics Inc. Saw filter and method for manufacturing the same
WO2006133466A1 (de) * 2005-06-14 2006-12-21 Electrovac Ag Anordnung zur druckmessung
US7226531B2 (en) * 2005-09-12 2007-06-05 Industrial Technology Research Institute Method of making an electroplated interconnection wire of a composite of metal and carbon nanotubes
US20070158619A1 (en) * 2006-01-12 2007-07-12 Yucong Wang Electroplated composite coating
US20070199826A1 (en) * 2006-02-28 2007-08-30 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method for manufacturing metal/carbon nanotube nano-composite using electroplating

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DRESSELHAUS, M.S., DRESSELHAUS, G., AVOURIS, P. (Hrsg.): Carbon Nanotubes. Berlin [u.a.]: Springer, 2001, S. 391-422, ISBN 3-540-41086-4 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008001000A1 (de) 2009-10-08
WO2009121901A1 (de) 2009-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008001000B4 (de) Schichtsystem für Elektroden
KR100663076B1 (ko) 반도체 기판 상의 소정 영역에 탄소나노튜브를 형성시키는 방법, 이를 이용한 반도체 도선 형성방법 및 이를 이용하여 인덕터 소자 제조 방법
EP2729411B1 (de) Schichtsystem mit einer schicht aus parallel zueinander angeordneten kohlenstoffnanoröhren und einer elektrisch leitenden deckschicht, verfahren zur herstellung des schichtsystems und dessen verwendung in der mikrosystemtechnik
DE112010001642B4 (de) Verfahren zum herstellen eines materials auf titanbasis
DE102008060644B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Graphennanostruktur
KR101075622B1 (ko) 탄소나노튜브 복합체
JP2014169193A (ja) ナノカーボンとグラフェンまたはグラファイトが複合した炭素材料及びその製造方法
US20110256014A1 (en) Graphene/metal nanocomposite powder and method of manufacturing the same
US7076871B2 (en) Method of manufacturing a carbon nanotube device
JP2001102381A (ja) ナノスケール導電性コネクタの製造方法
EP1569733A2 (de) Verfahren zumzusamemnfügen und sortieren von nanostrukturen enthaltenden materialien undverwandte artikel
Das et al. Interfacial bonding characteristics between graphene and dielectric substrates
DE10315897A1 (de) Verfahren und Verwendung einer Vorrichtung zur Trennung von metallischen und halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhren
WO2004091098A1 (de) Bauelement mit einer piezoelektrischen funktionsschicht
DE112019002458B4 (de) Verbundener Körper aus piezoelektrischem Materialsubstrat und Trägersubstrat
WO2007147643A2 (de) Nanomikrofon bzw. -drucksensor
EP2288912B1 (de) Anordnung eines piezoakustischen resonators auf einem akustischen spiegel eines substrats, verfahren zum herstellen der anordnung und verwendung der anordnung
DE112018000207T5 (de) Akustikwellenvorrichtungen und ein Verfahren zu deren Herstellung
WO2012089443A1 (de) Elektronisches bauelement und verfahren zur herstellung des elektronischen bauelements
DE102010048620A1 (de) Elektrode, mikroakustisches Bauelement und Herstellungsverfahren für eine Elektrode
KR101720168B1 (ko) 도전층의 결함 치유 방법, 금속-탄소 복합층 형성 방법, 이차원 나노소재, 투명전극 및 이의 제조 방법
DE112019001960T5 (de) Verbundener Körper aus einem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und einem Trägersubstrat
DE102015012446A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Anordnung aus elektrisch leitfähiger Schicht auf einem Substrat aus einer Suspension, sowie Anordnung aus elektrisch leitfähiger Schicht auf einem Substrat und deren Verwendung
DE102009002178A1 (de) Strangförmiges Kompositleitermaterial
DE102010050571A1 (de) Sensorschichtensystem, Verfahren zu dessen Herstellung, und piezoresistiver Sensor mit einem solchen Sensorschichtensystem

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee