DE102017122567B4

DE102017122567B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften leitfähiger oder dielektrischer Schichten

Info

Publication number: DE102017122567B4
Application number: DE102017122567.6A
Authority: DE
Inventors: Günter Martin; Hagen Schmidt
Original assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2037-09-29
Also published as: DE102017122567A1

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften leitfähiger oder dielektrischer Schichten, enthaltend eine Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung,- wobei die Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen eine Anzahl N Verzögerungsleitungen und eine Anzahl M Referenz-Verzögerungsleitungen auf einem piezoelektrischen Substrat aufweist, und jede der Verzögerungsleitungen und Referenz-Verzögerungsleitungen mit jeweils mindestens zwei interdigitalen Wandlern auf dem piezoelektrischen Substrat aufgebaut ist, wobei die interdigitalen Wandler aus Zellen zusammengesetzt sind, bei denen jede Zelle eine Zellenlänge aufweist, und jeweils eine Verzögerungsleitung und jeweils eine Referenz-Verzögerungsleitung einen Verzögerungsleitungsverbund bilden, und eine leitfähige oder dielektrische Schicht, deren Eigenschaften bestimmt werden sollen, zwischen je zwei interdigitalen Wandlern jeder Verzögerungsleitung angeordnet ist oder die Verzögerungsleitungen des Verzögerungsleitungsverbundes mit der Schicht beschichtet sind, wobeia) mindestens zwei Verzögerungsleitungsverbunde auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind, wobeiaa) sich die interdigitalen Wandler der verschiedenen Verzögerungsleitungsverbunde durch die Längen der Zellen senkrecht zu den Zinken der interdigitalen Wandler unterscheiden, oderab) bei der Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen alle Zinken der Zellen einerseits und alle Zwischenräume zwischen den Zinken andererseits gleich breit sind, oderb) mindestens ein Verzögerungsleitungsverbund auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet ist, und alle interdigitalen Wandler dieses Verzögerungsleitungsverbundes interdigitale Wandler mit linearer Modulation der Zelllänge sind, bei denen sowohl die Zinkenbreite als auch der Zwischenraum zwischen den Zinken von der ersten bis zur letzten Zinke für alle interdigitalen Wandler des Verzögerungsleitungsverbundes stetig kleiner oder größer wird oderc) die Merkmale a) und b) miteinander kombiniert sind, oderd) die Merkmale a) und b) miteinander kombiniert sind, wobei die interdigitalen Wandlern aus Zellen zusammengesetzt sind, die mindestens zwei Harmonische der akustischen Oberflächenwellen anregen und empfangen,- und wobei die Datenverarbeitungseinrichtung mit einem globalen Optimierungsalgorithmus ausgestattet ist, mit dem das globale Minimum der Differenz zwischen Werten einer Phasenänderung der akustischen Oberflächenwellen ermittelbar ist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Gebiete Messtechnik und Elektrotechnik/Elektronik und betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften leitfähiger oder dielektrischer Schichten, insbesondere der elastischen Eigenschaften, der Dichte und der Dicke derartiger Schichten. Die Erfindung basiert auf der Nutzung akustischer Oberflächenwellen auf piezoelektrischen Substraten.
Stand der Technik
Es sind Vorrichtungen und Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften von Schichten, basierend auf akustischen Oberflächenwellen, bekannt, wobei die Vorrichtung eine Anzahl N Verzögerungsleitungen auf einem piezoelektrischen Substrat, die mindestens zwei interdigitale Wandler und eine Anzahl M Referenz-Verzögerungsleitungen mit ebenfalls mindestens zwei interdigitalen Wandlern, wobei, falls N = M ist, jeweils eine Verzögerungsleitung und jeweils eine Referenz-Verzögerungsleitung einen Verzögerungsleitungsverbund bilden und eine Schicht zwischen je zwei interdigitalen Wandlern jeder Verzögerungsleitung angeordnet ist oder der gesamte Verzögerungsleitungsverbund beschichtet ist und wobei das Verfahren ein Optimierungsverfahren ist, das die Differenz zwischen experimentellen und berechneten Werten physikalischer Größen durch Variation der zu bestimmenden Größen minimiert.
Bei einer speziellen Ausführung (Tsung-Tsong Wu, Yung-Yu Chen und Guo-Tsai Huang, „Evaluation of properties of sub-micrometer thin films using high frequency ultrasonic waves“, in Proc.11th International Congress on Fracture (ICF) 2005, Vol. 5, S.3769, bezeichnet mit Lösung [1]) wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der elastischen Konstanten c11 und c44 sowie der Dichte von SiO₂-Schichten beschrieben, basierend auf akustischen Oberflächenwellen, bei dem die Anordnung einer Verzögerungsleitung auf YZLiNbO₃ als piezoelektrischem Substrat, die zwei interdigitale Wandler mit geneigten Zinken (SFIT - Slanted Finger Interdigital Transducers) und eine SiO₂-Schicht zwischen je zwei interdigitalen Wandlern und eine Referenz-Verzögerungsleitung mit der gleichen Anordnung interdigitaler Wandler mit geneigten Zinken, aber keine Schicht enthält, wobei die Verzögerungsleitung und die Referenz-Verzögerungsleitung einen Verzögerungsleitungsverbund bilden und wobei die Schichtdicke separat gemessen wird und bei dem das Verfahren ein Optimierungsverfahren ist, das die Differenz zwischen experimentellen und berechneten Werten der Phasengeschwindigkeit der akustischen Oberflächenwellen mit Hilfe des Simplex-Algorithmus minimiert.
Bei einer weiteren speziellen Ausführung (F. S. Hickernell and T. S. Hickernell, „Surface Acoustic Wave Characterization of PECVD Films on Gallium Arsenide“ in IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol. 42, No. 3, May 1995, bezeichnet mit Lösung [2]) werden die elastischen Konstanten c₁₁ und c₄₄ von Schichten durch Fitten der berechneten Abhängigkeit der Phasengeschwindigkeit der akustischen Oberflächenwelle von der normierten Schichtdicke an die entsprechende gemessene Abhängigkeit bestimmt. Um einen weiten Frequenzbereich zur Verfügung zu haben, werden höhere Harmonische der akustischen Oberflächenwelle in einer Verzögerungsleitung benutzt. Die Dichte der Schichten wird aus der Differenz der Massen mit und ohne Schicht und der Schichtdicke, die separat gemessen werden muss, bestimmt. Eine Referenz-Verzögerungsleitung ist nicht vorhanden.
Eine weitere spezielle Ausführung (M. Knapp, A. M. Lomonossov, P.Warkentin, P. M. Jäger, W. Ruile, H.-P. Kirschner, M. Honal, I. Bleyl, A. P. Mayer, and L. M Reindl, „Accurate Characterization of of SiO₂ Thin Films Using Surface Acoustic Waves“, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol. 62, No. 4, April 2015, bezeichnet mit Lösung [3]) beschreibt ebenfalls einen Verzögerungsleitungsverbund, bei dem sich Verzögerungsleitung und Referenz-Verzögerungsleitung nur durch die Zwischenräume zwischen den interdigitalen Wandlern unterscheiden, und der gesamte Verzögerungsleitungsverbund ist mit SiO₂ beschichtet. Zwei unterschiedliche Schnitte von LiNbO₃ werden als piezoelektrische Substrate benutzt, um die elastischen Konstanten c11 und c44 sowie die Dichte der Schicht zu bestimmen und zwar 128°YXLiNbO₃ und 64°YXLiNbO₃. Es wird ein Optimierungsverfahren verwendet, das die berechnete frequenzabhängige Phase an die experimentell bestimmte Frequenzabhängigkeit der Phase anpassen kann, wobei die frequenzabhängige Phase mit Hilfe eines Analyseverfahrens aus den jeweils von dem Optimierungsverfahren vorgegebenen Schichtparametern berechnet wird. Es wird aber nicht erwähnt, welches Optimierungsverfahren zur Bestimmung der elastischen Konstanten c11 und c44 sowie der Dichte der Schicht verwendet wird.
Die Lösungen [1] und [3] haben den Nachteil, dass durch die jeweilige Optimierung nur die elastischen Konstanten c11 und c44 sowie die Dichte der Schicht, nicht aber die Schichtdicke bestimmt werden können. In [1] wird z. B. erwähnt, dass die Schichtdicke mit Hilfe eines Gerätes gemessen wird, das als „surface profiler“ bezeichnet wird. Außerdem hat Lösung [3] den Nachteil, dass zwei unterschiedliche Schnitte von LiNbO₃ als piezoelektrische Substrate gebraucht werden. Dadurch ergeben sich erhöhter Zeitaufwand und erhöhte Kosten für die Messproben. Außerdem ist Lösung [3] für die Charakterisierung von leitfähigen Schichten wegen der Bedeckung der interdigitalen Wandler mit der jeweiligen Schicht ungeeignet. Die Nachteile der Lösung [2] bestehen darin, dass einerseits die Dichte der Schicht zusätzlich zum Fitprozess bestimmt und dazu auch die Schichtdicke separat gemessen wird und sich andererseits aufgrund der fehlenden Referenz-Verzögerungsleitung Fehler bei der Herstellung der interdigitalen Wandler auf die zu bestimmenden Schichteigenschaften auswirken.
Bekannt aus der US 2006 / 0049 714 A1 ist ein passiver drahtloser chemischer Akustikwellensensor zum Überwachen der Konzentration in einer Substanz. Ein solcher chemischer Sensor ist derart konfiguriert, dass er einen oder mehrere Interdigitalwandler und eine selektive Beschichtung umfasst, die auf einem piezoelektrischen Substrat gebildet ist. Die Beschichtung und der oder die Interdigitalwandler können verwendet werden, um elektrische Signale in Oberflächenwellen umzuwandeln. Dabei kann eine Antenne mit der akustischen Wellenvorrichtung verbunden sein, wobei die Antenne ein oder mehrere Eingangssignale empfängt, die die akustische Vorrichtung anregen und ein Ausgangssignal erzeugen, das auf die Konzentration des zu untersuchenden Analyten bezogen ist.
Weiterhin bekannt aus der US 2006 / 0283252 A1 ist ein passives akustisches Wellensensorsystem zur Überwachung der Qualität von Flüssigkeiten, wie z.B. Motoröl. Das Sensorsystem verfügt über eine akustische Wellenabtastvorrichtung zur Erzeugung einer sich ausbreitenden akustischen Welle und zur Erfassung von Frequenzänderungen oder anderen Ausbreitungseigenschaften der akustischen Welle, die durch akusto-elektrische Wechselwirkungen zwischen der Flüssigkeit und der Welle in einem interaktiven Bereich des Gerätes verursacht werden.
Bekannt aus der US 2010 / 005 8834 A1 ist eine chemische SAW/LAW-Sensoranordnung mit niedriger Basisliniendrift auf einem Chip. Dabei enthält eine doppelte SAW-Verzögerungsleitung einen gemeinsames IDT zur Erzeugung einer akustischen Welle und ein Paar IDT's zum Empfang der akustischen Welle. Auf jeder Seite des gemeinsamen IDT kann eine Sensorschicht oder eine Referenzschicht aufgebracht werden. Ein ASIC-Chip enthält zwei Operationsverstärker und einen Mischer, um eine Differenzmessung zu erhalten, bei der eine Differenz zwischen der Sensor- und der Referenzschicht verwendet wird. Und auch bekannt ist aus der DE 44 24 773 A1 ein Fernmesssystem, in dem einer zentralen Abfragestation eine größere Anzahl räumlich verteilter Sensorstationen zugeordnet ist, die selektiv aktivierbar und deren Messvorrichtungen und Signalverarbeitungsanordnungen mit akustische Oberflächenwellen - AOW - verwendenden Bauelementen und elektronischen Schaltungen ausgerüstet sind. Zwischen der Abfragestation und den Sensorstationen bestehen bidirektional über ein gemeinsames Übertragungsmedium zu übermittelnde Informationen aus Signalfolgen, in denen individuell kodierte Kennungsworte gleicher Dauer und gleicher Anzahl von Wortelementen ein Grundmuster bilden und Wiederholfrequenzen identisch kodierter Grundmuster für Messwerte spezifische Informationen darstellen.
Gegenstand der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften leitfähiger oder dielektrischer Schichten, basierend auf akustischen Oberflächenwellen so zu gestalten, dass nicht nur die elastischen Konstanten c11 und c44 sowie die Dichte der Schicht, sondern auch die Dicke der Schicht bestimmt werden können und dass alle drei Größen mit demselben Kristallschnitt des piezoelektrischen Substrates ermittelbar sind.
Die Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen enthaltenen Merkmalen gelöst, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Patentansprüche im Sinne einer UND-Verknüpfung mit einschließt, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften leitfähiger oder dielektrischer Schichten enthält eine Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung.
Dabei weist die Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen eine Anzahl N Verzögerungsleitungen und eine Anzahl M Referenz-Verzögerungsleitungen auf einem piezoelektrischen Substrat auf. Jede der Verzögerungsleitungen und Referenz-Verzögerungsleitungen ist mit jeweils mindestens zwei interdigitalen Wandlern auf dem piezoelektrischen Substrat aufgebaut. Jeweils eine Verzögerungsleitung und jeweils eine Referenz-Verzögerungsleitung bilden einen Verzögerungsleitungsverbund.
Die leitfähige oder dielektrische Schicht, deren Eigenschaften bestimmt werden soll, ist zwischen je zwei interdigitalen Wandlern jeder Verzögerungsleitung angeordnet oder im Falle des Verzögerungsleitungsverbundes sind die Verzögerungsleitungen des Verzögerungsleitungsverbundes mit der Schicht beschichtet, wobei

a) mindestens zwei Verzögerungsleitungsverbunde auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind, wobei sich die interdigitalen Wandler der verschiedenen Verzögerungsleitungsverbunde durch die Längen der Zellen senkrecht zu den Zinken der interdigitalen Wandler unterscheiden, oder
b) mindestens ein Verzögerungsleitungsverbund auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet ist, und alle interdigitalen Wandler dieses Verzögerungsleitungsverbundes interdigitale Wandler mit linearer Modulation der Zelllänge (Chirpwandler) sind, bei denen sowohl die Zinkenbreite als auch der Zwischenraum zwischen den Zinken von der ersten bis zur letzten Zinke für alle interdigitalen Wandler des Verzögerungsleitungsverbundes stetig kleiner oder größer wird oder
c) die Merkmale a) und b) miteinander kombiniert sind, oder
d) die Merkmale a) und b) miteinander kombiniert sind, wobei die interdigitalen Wandler aus Zellen zusammengesetzt sind, die mindestens zwei funktionell wirksame Harmonische der akustischen Oberflächenwellen anregen und empfangen.

Die Datenverarbeitungseinrichtung ist mit einem globalen Optimierungsalgorithmus ausgestattet ist, mit dem das globale Minimum der Differenz zwischen Werten der Phasenänderung der akustischen Oberflächenwellen ermittelbar ist.
Zweckmäßige beziehungsweise vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind:

Die Länge einer Zelle kann eine Periodenlänge eines interdigitalen Wandlers sein. Alle Zinken und alle Zwischenräume zwischen den Zinken können gleich breit sein.

Die interdigitalen Wandler können aus Zellen zusammengesetzt sein die mindestens zwei Harmonische der akustischen Oberflächenwellen mit geeigneter Stärke anregen und empfangen.
Dabei können die Zellen Doppelzinkenzellen sein, bei denen alle Zinken in Zweiergruppen angeordnet sind, wobei die Zinken einer Zweiergruppe an die gleiche Sammelelektrode angeschlossen sind und die Doppelzinkenzellen vor allem für die Anregung und den Empfang der ersten und dritten Harmonischen geeignet sind.
Jede Zelle kann zwei Zinken enthalten, deren Abstand der Zinkenmitten 1/2 der Zelllänge beträgt und vor allem für die Anregung und den Empfang der ersten und fünften Harmonischen geeignet ist.
Jede Zelle kann drei Zinken enthalten, deren Abstand der Zinkenmitten 1/3 der Zelllänge beträgt und vor allem für die Anregung und den Empfang der ersten, zweiten und fünften Harmonischen geeignet ist. Es können aber auch fünf Zellen sein, deren Abstand der Zinkenmitten 1/5 der Zelllänge beträgt und vor allem für die Anregung und den Empfang der zweiten und dritten Harmonischen geeignet ist.
Jede Zelle ist als ein spezieller Fall einer Zelle mit drei Zinken eine DART-Zelle und diese ist vor allem für die Anregung und den Empfang der ersten, zweiten, dritten und fünften Harmonischen geeignet. Eine EWC-Zelle enthält ebenfalls drei Zinken, ist aber besonders für die Anregung und den Empfang der ersten und zweiten Harmonischen geeignet.
Es können zwei Verzögerungsleitungsverbunde auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sein, wobei sich die interdigitalen Wandler der Verzögerungsleitungsverbunde durch die Längen der Zellen senkrecht zu den Zinken der interdigitalen Wandler unterscheiden.
Ein Verzögerungsleitungsverbund ist auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet und alle interdigitalen Wandler dieses Verzögerungsleitungsverbundes sind dispersive Wandler, auch als Chirpwandler bezeichnet. Die Zelllänge in allen interdigitalen Wandlern kann variieren, aber innerhalb aller Zellen eines interdigitalen Wandlers sind die Verhältnisse der Zinkenbreiten zueinander und die Verhältnisse der Lückenbreiten zueinander gleich. Es kann aber nicht nur die Zelllänge in allen interdigitalen Wandlern variieren, sondern auch innerhalb aller Zellen eines interdigitalen Wandlers können die Verhältnisse der Zinkenbreiten zueinander und die Verhältnisse der Lückenbreiten zueinander variieren.
Es ist möglich, dass vier Verzögerungsleitungsverbunde auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind und jeweils zwei Verzögerungsleitungsverbunde eine Gruppe von Verzögerungsleitungsverbunden bilden, wobei die interdigitalen Wandler verschiedener Verzögerungsleitungsverbunde innerhalb ein und derselben Gruppe aus den gleichen Zelltypen zusammengesetzt sind und sich durch die Längen der Zellen senkrecht zu den Zinken der interdigitalen Wandler unterscheiden und die interdigitalen Wandler verschiedener Verzögerungsleitungsverbunde verschiedener Gruppen von Verzögerungsleitungsverbunden aus unterschiedlichen Zellen zusammengesetzt sind, deren Zinkenbreiten und - abstände so gewählt sind, dass mindestens zwei Harmonische mit geeigneter Stärke angeregt und empfangen werden.
Wenn zwei Verzögerungsleitungsverbunde auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind, können alle interdigitalen Wandler dieses Verzögerungsleitungsverbundes dispersive Wandler, auch als Chirpwandler bezeichnet, sein, wobei sich die Strukturen der interdigitalen Wandler verschiedener Verzögerungsleitungsverbunde dadurch unterscheiden, dass die interdigitalen Wandler eines Verzögerungsleitungsverbundes im Vergleich zu denen des jeweils zweiten Verzögerungsleitungsverbundes um einen konstanten Faktor größer oder kleiner sind.
Wenn zwei Verzögerungsleitungsverbunde auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind und alle interdigitalen Wandler dieser Verzögerungsleitungsverbunde ebenfalls dispersive Wandler, auch als Chirpwandler bezeichnet, sind, wobei die interdigitalen Wandler ein und desselben Verzögerungsleitungsverbundes aus den gleichen Zelltypen zusammengesetzt sind und die interdigitalen Wandler verschiedener Verzögerungsleitungsverbunde aus unterschiedlichen Zellen zusammengesetzt sind, können deren Zinkenbreiten und - abstände so gewählt sind, dass mindestens zwei Harmonische mit geeigneter Stärke angeregt und empfangen werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften leitfähiger oder dielektrischer Schichten wird das globale Minimum einer Funktion ermittelt, das aus der Abweichung der analytisch bestimmten Phase akustischer Oberflächenwellen von einer durch Messungen bestimmten Phase gebildet wird, wobei die akustischen Oberflächenwellen erzeugt werden mit:

a) mindestens zwei Verzögerungsleitungsverbunden auf einem piezoelektrischen Substrat mit einer leitfähigen oder dielektrischen Schicht und entweder mit interdigitalen Wandlern von mindestens zwei verschiedenen Verzögerungsleitungsverbunden, die sich durch die Längen der Zellen senkrecht zu den Zinken der interdigitalen Wandler unterscheiden,
b) oder mit mindestens einem Verzögerungsleitungsverbund auf dem piezoelektrischen Substrat, wobei alle interdigitalen Wandler dieses Verzögerungsleitungsverbundes interdigitale Wandler mit linearer Modulation der Zelllänge (Chirpwandler) sind, bei denen sowohl die Zinkenbreite als auch der Zwischenraum zwischen den Zinken von der ersten bis zur letzten Zinke für alle interdigitalen Wandler des Verzögerungsleitungsverbundes stetig kleiner oder größer wird,
c) oder mit einer Anordnung, in welcher die vorgenannten Merkmale a) und b) kombiniert sind,
d) oder mit einer Anordnung, in welcher die vorgenannten Merkmale a) und b) kombiniert sind, wobei die interdigitalen Wandlern aus Zellen zusammengesetzt sind, die mindestens zwei funktionell wirksame Harmonische der akustischen Oberflächenwellen anregen und empfangen.

Dabei wird eine Variation der zu bestimmenden Größen durchgeführt und werden Suchbereiche mit einer unteren Grenze ug und einer oberen Grenze og festgelegt und das jeweilige globale Minimum für alle zu bestimmenden Eigenschaften ermittelt.
Die Ermittlung des globalen Minimums aus den Werten der Phasenänderungen wird mindestens zweimal durchgeführt. Bei der zweiten und jeder weiteren Ermittlung des globalen Minimums aus den Werten der Phasenänderungen wird eine zufällige Verschiebung der unteren und oberen Grenze der Suchbereiche mit Hilfe eines Zufallsgenerators realisiert.
Im Falle, dass die zufällige Verschiebung größer null ist und das Maximum der zufälligen Verschiebung 1/2(og-ug) beträgt, wird die obere Grenze des jeweiligen Suchbereichs nach oben verschoben.
Im Falle, dass die zufällige Verschiebung kleiner null ist und das Maximum der zufälligen Verschiebung 1/2(og-ug) beträgt, wird die untere Grenze des jeweiligen Suchbereichs nach unten verschoben.
Gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nach einer Optimierung der ermittelten Werte der zu bestimmenden Größen, diese optimierten Werte nach den verschiedenen Größen getrennt und nach dem Verwerfen offensichtlicher Ausreißer mit Hilfe eines Fitting-Programms je an ein Polynom gefittet, dessen Minimum dann den gesuchten Wert der jeweiligen zu bestimmenden Größe liefert.
Für den Fall, dass die Werte mindestens einer der zu bestimmenden Größen zu stark streuen, um sinnvoll ein Fitting-Programm anwenden zu können, kann erfindungsgemäß eine Oberflächenwellenanordnung mit einem erweiterten Frequenzbereich oder mit größerer Schichtdicke der leitfähigen oder dielektrischen Schicht zwischen je zwei interdigitalen Wandlern verwendet werden.
Die vorliegende erfindungsgemäße Vorrichtungen und das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften leitfähiger oder dielektrischer Schichten haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass nicht nur die elastischen Konstanten c11 und c44 sowie die Dichte der Schicht, sondern auch die Dicke der Schicht bestimmt werden können.
Vorteilhaft ist außerdem, dass nur ein einziger Kristallschnitt für das verwendete piezoelektrische Substrat benötigt wird.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung ist nachstehend anhand von vier Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen sowie Diagrammen zur Darstellung von Optimierungsergebnissen näher erläutert.
Beispiel 1
Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf 1 und 1a-d.
Auf einem Substrat aus 128°YX LiNbO₃ als piezoelektrischem Substrat 1 sind eine Verzögerungsleitung 2 mit den interdigitalen Wandlern 21 und 22 und eine Referenz-Verzögerungsleitung 3 mit den interdigitalen Wandlern 31 und 32 nebeneinander angeordnet. Zwischen den interdigitalen Wandlern 21 und 22 der Verzögerungsleitung 2 ist eine Schicht 23 mit der Länge 231 angeordnet, deren Eigenschaften erfindungsgemäß bestimmt werden sollen (es ist aber auch möglich, die zu untersuchende Schicht direkt auf der Verzögerungsleitung 2 anzuordnen). Zwischen dem interdigitalen Wandler 21 und der Schicht 23 ist eine Lücke 232 und zwischen dem interdigitalen Wandler 22 und der Schicht 23 ist eine Lücke 233 vorhanden.
Anstelle der Schicht 23 und der Lücken 232 und 233 ist zwischen den interdigitalen Wandlern 31 und 32 eine Lücke 33 eingefügt, wobei die Länge der Lücke 33 mit der Summe der Länge der Schicht 23 und der Längen der Lücken 232 und 233 übereinstimmt.
Die Strukturen der interdigitalen Wandler 21, 22, 31, 32 sind Doppelzinkenstrukturen, und sie sind alle gleich. Eine Wandlerzelle 221, demonstriert am interdigitalen Wandler 22, enthält vier Zinken und diese sind paarweise an verschiedene Sammelelektroden angeschlossen.
Als Sendewandler dienen die interdigitalen Wandler 21 und 31 und die Anregung erfolgt durch die Spannungsquellen 25 bzw. 35 mit den Innenwiderständen 24 bzw. 34, dagegen dienen die interdigitalen Wandler 22 bzw. 32 als Empfangswandler. Die Lastwiderstände werden durch die Widerstände 26 bzw. 36 repräsentiert.
Der Doppelzinkenwandler regt an und empfängt neben der ersten auch die dritte Harmonische mit hinreichender Stärke. Diese Eigenschaft wird benutzt, um den Frequenzbereich der Verzögerungsleitung und der Referenz-Verzögerungsleitung wesentlich zu erweitern, denn zum Frequenzbereich der ersten Harmonischen kommt ein Frequenzbereich der dreifachen Breite des Frequenzbereichs der ersten Harmonischen in Umgebung des Dreifachen der Grundfrequenz hinzu. Demzufolge wird eine wesentlich größere Variation der Phasengeschwindigkeit der akustischen Oberflächenwellen infolge der Dispersion erfasst, und entweder dünnere Schichten können charakterisiert oder Wandlerstrukturen mit breiteren Zinken verwendet werden. Dass dadurch das Optimierungsverfahren zu besseren Ergebnissen führt, wird in 1a und 1b demonstriert. In 1a-d bedeutet die als Ordinate der Diagramme verwendete Größe „Fehler“ die Summe der quadrierten Abweichungen der Analysewerte von den Zielwerten aller verwendeten Frequenzpunkte. Anhand von 1c und 1d wird demonstriert, dass eine Verringerung der Schichtdicke ohne Änderung des Frequenzbereichs zu beträchtlichen Fluktuationen der Optimierungsergebnisse führt und dass eine als zweiten Schritt ausgeführte Erweiterung des Frequenzbereichs diese Fluktuationen drastisch verringern kann. Bei allen Ergebnissen in den 1a-d handelt es sich um Prüfbeispiele. Der Prüfcharakter besteht darin, dass als Zielwerte der Optimierung einige Eigenschaften von SiO₂ vorgegeben werden (c11 = 0.6E11N/m², c55= 0.29E11N/m², Dichte= 2.65E03kg/m³, Schichtdicke= 1.2µm) und die Optimierung mit unterschiedlichen, zufällig gewählten Startparametern, wiederholt gestartet wird. Es wird geprüft, ob die vorgegeben Zielwerte von der Optimierung unter welchen Voraussetzungen tatsächlich als globales Minimum gefunden werden. In 1a und 1b ist die Zelllänge gleich 42µm und in allen Fällen haben die interdigitalen Wandler 21, 22, 31, 32 nur drei Zellen 221, sind also schon recht breitbandig (gewählter Frequenzbereich: 67.5 ... 116.6 MHz). Trotzdem, wie 1 a zeigt, dominieren in den Fällen c₁₁ und c₅₅ statistische Fluktuationen. Jeder Punkt in den 1a-d entspricht einem lokalen Minimum der Objektfunktion (Funktion „Fehler“), das die Optimierungssoftware während eines Optimierungsdurchlaufs gefunden hat. Nur bei Dichte und Schichtdicke sind parabelähnliche Punktanordnungen zu erkennen, die jedoch von recht starken Fluktuationen überlagert sind. Nur bei der Schichtdicke kann ein Minimum der parabelähnlichen Punktanordnung in der Nähe des Zielwertes von 1.2µm gefunden werden. Die Situation verbessert sich wesentlich, wenn der Frequenzbereich der dritten Harmonischen (162.3 ... 280.3 MHz hinzugefügt wird. 1b zeigt das Ergebnis. Alle Kurven sind parabelähnlich und haben ein gut definiertes Minimum, das das globale Minimum des Problems repräsentiert. Deshalb lässt sich die Matlab-Funktion polyfit sehr vorteilhaft anwenden und durch Differentiation der gefitteten Funktion das Minimum bestimmen. Dass es tatsächlich das globale Minimum ist, beweist, dass die gesuchten Werte und die vorgegeben Zielwerte bis auf relative Fehler in der Größenordnung von 10^-4 übereinstimmen.
Infolge verringerter Schichtdicke und konstanter Zelllänge und Zellenanzahl der interdigitalen Wandler 21, 22, 31, 32 ist eine geringere Dispersion der Phasengeschwindigkeit der akustischen Oberflächenwellen zu erwarten. Deshalb werden in 1c die Optimierungsergebnisse eines Beispiels gezeigt, bei dem der Zielwert der Schichtdicke von 1.2µm auf 0.5µm verringert wurde bei konstanter Zelllänge von 42µm und demzufolge auch mit unveränderten Frequenzbereichen für die erste und dritte Harmonische (67.5 ... 116.6 MHz bzw. 162.3 ... 280.3 MHz). Die Darstellung ist logarithmisch und wie 1c zeigt, dominieren in den Fällen c₁₁, c₅₅ und Dichte statistische Fluktuationen. Nur bei der Schichtdicke sind strukturierte Punktanordnungen mit einem Minimum beim Zielwert von 0.5 µm zu erkennen, die jedoch von recht starken Fluktuationen überlagert sind. Wenn jedoch die Zelllänge der interdigitalen Wandler im gleichen Verhältnis wie die Schichtdicke verringert wird, d. h. 17.5µm anstatt 42µm, so ergeben sich erweiterte Frequenzbereiche für die erste und dritte Harmonische (162.3 ... 280.3 MHz bzw. 488.1 ... 843.0 MHz) und die linear dargestellten Optimierungsergebnisse von 1d. Durch die Anwendung eines Fitting-Programms, beispielweise des Programms „polyfit“, werden wieder parabelähnliche Kurven erhalten, deren Minima die Zielwerte als globale Minima bis auf relative Fehler in der Größenordnung von 10^-4 liefern.
Beispiel 2
Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf 2.
Auf einem piezoelektrischen Substrat 1 sind eine Verzögerungsleitung 2 mit den interdigitalen Wandlern 21 und 22 und eine Referenz-Verzögerungsleitung 3 mit den interdigitalen Wandlern 22 und 31 hintereinander angeordnet. Zwischen den interdigitalen Wandlern 21 und 22 der Verzögerungsleitung 2 ist eine Schicht 23 mit der Länge 231 angeordnet. Zwischen dem interdigitalen Wandler 21 und der Schicht 23 ist eine Lücke 232 und zwischen dem interdigitalen Wandler 22 und der Schicht 23 ist eine Lücke 233 vorhanden. Anstelle der Schicht 23 und der Lücken 232 und 233 ist zwischen den interdigitalen Wandlern 22 und 31 eine Lücke 32 eingefügt, wobei die Länge der Lücke 32 mit der Summe der Länge der Schicht 23 und der Längen der Lücken 232 und 233 übereinstimmt. Die Strukturen der interdigitalen Wandler 21, 22, 31 sind Doppelzinkenstrukturen, und sie sind alle gleich. Eine Wandlerzelle 221, demonstriert am interdigitalen Wandler 22, enthält vier Zinken und diese sind paarweise an verschiedene Sammelelektroden angeschlossen. Als Sendewandler sowohl für die Verzögerungsleitung 2 als auch für die Verzögerungsleitung 3 dient der interdigitale Wandler 22 und die Anregung erfolgt durch die Spannungsquelle 25 mit dem Innenwiderstand 24, dagegen dienen die interdigitalen Wandler 21 bzw. 31 als Empfangswandler. Die Lastwiderstände werden durch die Widerstände 26 bzw. 33 repräsentiert. Der Doppelzinkenwandler regt an und empfängt neben der ersten auch die dritte Harmonische mit hinreichender Stärke. Diese Eigenschaft wird benutzt, um den Frequenzbereich der Verzögerungsleitung und der Referenz-Verzögerungsleitung wesentlich zu erweitern, denn zum Frequenzbereich der ersten Harmonischen kommt ein Frequenzbereich der dreifachen Breite des Frequenzbereichs der ersten Harmonischen in Umgebung des Dreifachen der Grundfrequenz hinzu. Demzufolge wird eine wesentlich größere Variation der Phasengeschwindigkeit der akustischen Oberflächenwellen infolge der Dispersion erfasst, und entweder dünnere Schichten können charakterisiert oder Wandlerstrukturen mit breiteren Zinken verwendet werden.
Beispiel 3
Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf 3.
Auf einem piezoelektrischen Substrat 1 sind eine Verzögerungsleitung 2 mit den interdigitalen Wandlern 21 und 22 und eine Referenz-Verzögerungsleitung 3 mit den interdigitalen Wandlern 31 und 32 nebeneinander angeordnet. Zwischen den interdigitalen Wandlern 21 und 22 der Verzögerungsleitung 2 ist eine Schicht 23 mit der Länge 231 angeordnet. Zwischen dem interdigitalen Wandler 21 und der Schicht 23 ist eine Lücke 232 und zwischen dem interdigitalen Wandler 22 und der Schicht 23 ist eine Lücke 233 vorhanden. Anstelle der Schicht 23 und der Lücken 232 und 233 ist zwischen den interdigitalen Wandlern 31 und 32 eine Lücke 33 eingefügt, wobei die Länge der Lücke 33 mit der Summe der Länge der Schicht 23 und der Längen der Lücken 232 und 233 übereinstimmt. Die Strukturen der interdigitalen Wandler 21, 22, 31, 32 sind DART-Strukturen (DART: Distributed Acoustic Reflection Transducer), und sie sind alle gleich. Eine Wandlerzelle 221, demonstriert am interdigitalen Wandler 22, enthält drei Zinken mit den Breiten (3/8)p und zweimal p/8 (p= Zelllänge). Alle Lücken zwischen den Zinken sind p/8 breit. Als Sendewandler dienen die interdigitalen Wandler 21 und 31 und die Anregung erfolgt durch die Spannungsquellen 25 bzw. 35 mit den Innenwiderständen 24 bzw. 34, dagegen dienen die interdigitalen Wandler 22 bzw. 32 als Empfangswandler. Die Lastwiderstände werden durch die Widerstände 26 bzw. 36 repräsentiert. Ein DART regt an und empfängt neben der ersten auch die zweite, dritte und fünfte Harmonische mit hinreichender Stärke. Diese Eigenschaft wird benutzt, um den Frequenzbereich der Verzögerungsleitung und der Referenz-Verzögerungsleitung wesentlich zu erweitern, denn zum Frequenzbereich der ersten Harmonischen kommen Frequenzbereiche der doppelten, dreifachen und fünffachen Breite des Frequenzbereichs der ersten Harmonischen in Umgebung des Doppelten, Dreifachen und Fünffachen der Grundfrequenz hinzu. Demzufolge wird eine wesentlich größere Variation der Phasengeschwindigkeit der akustischen Oberflächenwellen infolge der Dispersion erfasst, und entweder dünnere Schichten können charakterisiert oder Wandlerstrukturen mit breiteren Zinken verwendet werden.
Beispiel 4
Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf 4.
Auf einem piezoelektrischen Substrat 1 sind zwei Verzögerungsleitungsverbunde angeordnet, die aus der Verzögerungsleitung 2 mit den interdigitalen Wandlern 21 und 22 und der Referenz-Verzögerungsleitung 3 mit den interdigitalen Wandlern 31 und 32 bzw. aus der Verzögerungsleitung 4 mit den interdigitalen Wandlern 41 und 42 und der Referenz-Verzögerungsleitung 5 mit den interdigitalen Wandlern 51 und 52 zusammengesetzt sind. Zwischen den interdigitalen Wandlern 21 und 22 der Verzögerungsleitung 2 ist eine Schicht 23 mit der Länge 231 angeordnet. Zwischen dem interdigitalen Wandler 21 und der Schicht 23 ist eine Lücke 232 und zwischen dem interdigitalen Wandler 22 und der Schicht 23 ist eine Lücke 233 vorhanden. Anstelle der Schicht 23 und der Lücken 232 und 233 ist zwischen den interdigitalen Wandlern 31 und 32 eine Lücke 33 eingefügt, wobei die Länge der Lücke 33 mit der Summe der Länge der Schicht 23 und der Längen der Lücken 232 und 233 übereinstimmt. Die Strukturen der interdigitalen Wandler 21, 22, 31, 32 sind Doppelzinkenstrukturen, und sie sind alle gleich. Eine Wandlerzelle 221, demonstriert am interdigitalen Wandler 22, enthält vier Zinken und diese sind paarweise an verschiedene Sammelelektroden angeschlossen. Als Sendewandler dienen die interdigitalen Wandler 21 und 31 und die Anregung erfolgt durch die Spannungsquellen 25 bzw. 35 mit den Innenwiderständen 24 bzw. 34, dagegen dienen die interdigitalen Wandler 22 bzw. 32 als Empfangswandler. Die Lastwiderstände werden durch die Widerstände 26 bzw. 36 repräsentiert.
Zwischen den interdigitalen Wandlern 41 und 42 der Verzögerungsleitung 4 ist eine Schicht 43 mit der Länge 431 angeordnet. Zwischen dem interdigitalen Wandler 41 und der Schicht 43 ist eine Lücke 432 und zwischen dem interdigitalen Wandler 42 und der Schicht 43 ist eine Lücke 433 vorhanden. Anstelle der Schicht 43 und der Lücken 432 und 433 ist zwischen den interdigitalen Wandlern 51 und 52 eine Lücke 53 eingefügt, wobei die Länge der Lücke 53 mit der Summe der Länge der Schicht 43 und der Längen der Lücken 432 und 433 übereinstimmt. Die Strukturen der interdigitalen Wandler 41, 42, 51, 52 sind Doppelzinkenstrukturen, und sie sind alle gleich. Eine Wandlerzelle 421, demonstriert am interdigitalen Wandler 42, enthält vier Zinken und diese sind paarweise an verschiedene Sammelelektroden angeschlossen. Die Länge der Wandlerzelle 421 und die Längen der übrigen Wandlerzellen der interdigitalen Wandler 41, 42, 51, 52 der Verzögerungsleitungen 4 und 5 sind kleiner als die der Längen der Wandlerzellen der interdigitalen Wandler 21, 22, 31, 32 der Verzögerungsleitungen 2 und 3, um den Frequenzbereich, der durch die Verzögerungsleitungen 2 und 3 gegeben ist, zu höheren Frequenzen hin zu erweitern. Diese Frequenzbereichserweiterung kann auch mit der Nutzung der dritten Harmonischen (siehe Beispiel 1) und weiterer Harmonischer (siehe Beispiel 2) mit dem Vorteil kombiniert werden, die Frequenzlücke zwischen den Frequenzbereichen der ersten und dritten Harmonischen und weiterer Harmonischer vollständig oder wenigstens teilweise zu schließen. Als Sendewandler dienen die interdigitalen Wandler 41 und 51 und die Anregung erfolgt durch die Spannungsquellen 45 bzw. 55 mit den Innenwiderständen 44 bzw. 54, dagegen dienen die interdigitalen Wandler 42 bzw. 52 als Empfangswandler. Die Lastwiderstände werden durch die Widerstände 46 bzw. 56 repräsentiert.
Beispiel 5
Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf 5.
Auf einem piezoelektrischen Substrat 1 sind eine Verzögerungsleitung 2 mit den interdigitalen Wandlern 21 und 22 und eine Referenz-Verzögerungsleitung 3 mit den interdigitalen Wandlern 31 und 32 nebeneinander angeordnet. Zwischen den interdigitalen Wandlern 21 und 22 der Verzögerungsleitung 2 ist eine Schicht 23 mit der Länge 231 angeordnet. Zwischen dem interdigitalen Wandler 21 und der Schicht 23 ist eine Lücke 232 und zwischen dem interdigitalen Wandler 22 und der Schicht 23 ist eine Lücke 233 vorhanden. Anstelle der Schicht 23 und der Lücken 232 und 233 ist zwischen den interdigitalen Wandlern 31 und 32 eine Lücke 33 eingefügt, wobei die Länge der Lücke 33 mit der Summe der Länge der Schicht 23 und der Längen der Lücken 232 und 233 übereinstimmt. Die Strukturen der interdigitalen Wandler 21, 22, 31, 32 sind Strukturen mit linearer Modulation der Zelllänge, auch als Chirpwandler bezeichnet, und sie sind alle gleich. Eine Wandlerzelle 221, demonstriert am interdigitalen Wandler 22, enthält zwei Zinken und diese sind alternierend an verschiedene Sammelelektroden angeschlossen. Die Zellen werden in 5 von links nach rechts kürzer und die Zinken 222 bis 226, demonstriert am interdigitalen Wandler 22, und die Lücken zwischen ihnen werden schmaler, wobei die reale Zinkenanzahl wesentlich größer ist als in 5 dargestellt. Deshalb wandert der effektive Ort der Wellenanregung in den interdigitalen Wandlern mit wachsender Frequenz nach rechts. Dadurch wird eine größere Bandbreite erzielt als bei interdigitalen Wandlern mit konstanter Zinken- und Lückenbreite Diese vergrößerte Bandbreite kann auch mit der Nutzung der dritten Harmonischen (siehe Beispiel 1) und weiterer Harmonischer (siehe Beispiel 2) mit dem Vorteil kombiniert werden, die Frequenzlücke zwischen den Frequenzbereichen der ersten und dritten Harmonischen und weiterer Harmonischer vollständig oder wenigstens teilweise zu schließen. Zusätzlich kann auch eine Kombination mit dem Merkmal zweier Verzögerungsleitungsverbunde mit unterschiedlichen Zelllängen der interdigitalen Wandler verschiedener Verzögerungsleitungen (siehe Beispiel 3) erfolgen. Als Sendewandler dienen die interdigitalen Wandler 21 und 31 und die Anregung erfolgt durch die Spannungsquellen 25 bzw. 35 mit den Innenwiderständen 24 bzw. 34, dagegen dienen die interdigitalen Wandler 22 bzw. 32 als Empfangswandler. Die Lastwiderstände werden durch die Widerstände 26 bzw. 36 repräsentiert.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften leitfähiger oder dielektrischer Schichten, enthaltend eine Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung, - wobei die Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen eine Anzahl N Verzögerungsleitungen und eine Anzahl M Referenz-Verzögerungsleitungen auf einem piezoelektrischen Substrat aufweist, und jede der Verzögerungsleitungen und Referenz-Verzögerungsleitungen mit jeweils mindestens zwei interdigitalen Wandlern auf dem piezoelektrischen Substrat aufgebaut ist, wobei die interdigitalen Wandler aus Zellen zusammengesetzt sind, bei denen jede Zelle eine Zellenlänge aufweist, und jeweils eine Verzögerungsleitung und jeweils eine Referenz-Verzögerungsleitung einen Verzögerungsleitungsverbund bilden, und eine leitfähige oder dielektrische Schicht, deren Eigenschaften bestimmt werden sollen, zwischen je zwei interdigitalen Wandlern jeder Verzögerungsleitung angeordnet ist oder die Verzögerungsleitungen des Verzögerungsleitungsverbundes mit der Schicht beschichtet sind, wobei a) mindestens zwei Verzögerungsleitungsverbunde auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind, wobei aa) sich die interdigitalen Wandler der verschiedenen Verzögerungsleitungsverbunde durch die Längen der Zellen senkrecht zu den Zinken der interdigitalen Wandler unterscheiden, oder ab) bei der Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen alle Zinken der Zellen einerseits und alle Zwischenräume zwischen den Zinken andererseits gleich breit sind, oder b) mindestens ein Verzögerungsleitungsverbund auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet ist, und alle interdigitalen Wandler dieses Verzögerungsleitungsverbundes interdigitale Wandler mit linearer Modulation der Zelllänge sind, bei denen sowohl die Zinkenbreite als auch der Zwischenraum zwischen den Zinken von der ersten bis zur letzten Zinke für alle interdigitalen Wandler des Verzögerungsleitungsverbundes stetig kleiner oder größer wird oder c) die Merkmale a) und b) miteinander kombiniert sind, oder d) die Merkmale a) und b) miteinander kombiniert sind, wobei die interdigitalen Wandlern aus Zellen zusammengesetzt sind, die mindestens zwei Harmonische der akustischen Oberflächenwellen anregen und empfangen, - und wobei die Datenverarbeitungseinrichtung mit einem globalen Optimierungsalgorithmus ausgestattet ist, mit dem das globale Minimum der Differenz zwischen Werten einer Phasenänderung der akustischen Oberflächenwellen ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen die Länge einer Zelle eine Periodenlänge eines interdigitalen Wandlers ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen die interdigitalen Wandler aus Zellen zusammengesetzt sind, die mindestens zwei Harmonische der akustischen Oberflächenwellen anregen und empfangen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen Doppelzinkenzellen sind, bei denen alle Zinken in Zweiergruppen angeordnet sind, wobei die Zinken einer Zweiergruppe an eine gleiche Sammelelektrode angeschlossen sind und die Doppelzinkenzellen für die Anregung und den Empfang der ersten und dritten Harmonischen geeignet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zelle zwei Zinken enthält, deren Abstand der Zinkenmitten ½ der Zelllänge beträgt und für die Anregung und den Empfang der ersten und fünften Harmonischen geeignet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zelle drei Zinken enthält, deren Abstand der Zinkenmitten 1/3 der Zelllänge beträgt und für die Anregung und den Empfang der ersten, zweiten und fünften Harmonischen geeignet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zelle fünf Zinken enthält deren Abstand der Zinkenmitten 1/5 der Zelllänge beträgt und für die Anregung und den Empfang der zweiten und dritten Harmonischen geeignet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zelle eine DART-Zelle ist und für die Anregung und den Empfang der ersten, zweiten, dritten und fünften Harmonischen geeignet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zelle eine EWC-Zelle ist und für die Anregung und den Empfang der ersten und zweiten Harmonischen geeignet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen die Zelllänge in allen interdigitalen Wandlern variiert, aber innerhalb aller Zellen eines interdigitalen Wandlers die Verhältnisse der Zinkenbreiten zueinander und die Verhältnisse der Lückenbreiten zueinander gleich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen nicht nur die Zelllänge in allen interdigitalen Wandlern variiert, sondern auch innerhalb aller Zellen eines interdigitalen Wandlers die Verhältnisse der Zinkenbreiten zueinander und die Verhältnisse der Lückenbreiten zueinander variieren.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen vier Verzögerungsleitungsverbunde auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind und jeweils zwei Verzögerungsleitungsverbunde eine Gruppe von Verzögerungsleitungsverbunden bilden, wobei die interdigitalen Wandler verschiedener Verzögerungsleitungsverbunde innerhalb ein und derselben Gruppe aus den gleichen Zelltypen zusammengesetzt sind und sich durch die Längen der Zellen senkrecht zu den Zinken der interdigitalen Wandler unterscheiden und die interdigitalen Wandler verschiedener Verzögerungsleitungsverbunde verschiedener Gruppen von Verzögerungsleitungsverbunden aus unterschiedlichen Zellen zusammengesetzt sind, deren Zinkenbreiten und - abstände so gewählt sind, dass mindestens zwei Harmonische angeregt und empfangen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen zwei Verzögerungsleitungsverbunde auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind und alle interdigitalen Wandler dieses Verzögerungsleitungsverbundes dispersive Wandler, auch als Chirpwandler bezeichnet, sind, wobei sich die Strukturen der interdigitalen Wandler verschiedener Verzögerungsleitungsverbunde dadurch unterscheiden, dass die interdigitalen Wandler eines Verzögerungsleitungsverbundes im Vergleich zu denen des jeweils zweiten Verzögerungsleitungsverbundes um einen konstanten Faktor größer oder kleiner sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen zwei Verzögerungsleitungsverbunde auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind und alle interdigitalen Wandler dieser Verzögerungsleitungsverbunde dispersive Wandler sind, wobei die interdigitalen Wandler ein und desselben Verzögerungsleitungsverbundes aus den gleichen Zelltypen zusammengesetzt sind und die interdigitalen Wandler verschiedener Verzögerungsleitungsverbunde aus unterschiedlichen Zellen zusammengesetzt sind, deren Zinkenbreiten und - abstände so gewählt sind, dass mindestens zwei Harmonische angeregt und empfangen werden.
Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften leitfähiger oder dielektrischer Schichten, bei dem zur Bestimmung der Eigenschaften das globale Minimum einer Funktion, gebildet aus einer Abweichung einer analytisch bestimmten Phase von akustischen Oberflächenwellen von einer durch Messungen bestimmten Phase, ermittelt wird, wobei die akustischen Oberflächenwellen erzeugt werden mit: a) mindestens zwei Verzögerungsleitungsverbunden auf einem piezoelektrischen Substrat mit einer leitfähigen oder dielektrischen Schicht und mit interdigitalen Wandlern von mindestens zwei verschiedenen Verzögerungsleitungsverbunden, wobei die interdigitalen Wandler aus Zellen zusammengesetzt sind, bei denen jede Zelle eine Zelllänge aufweist, aa) die sich durch die Längen der Zellen senkrecht zu den Zinken der interdigitalen Wandler unterscheiden, oder mit ab) einer Anordnung zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen, bei der alle Zinken der Zellen einerseits und alle Zwischenräume zwischen den Zinken andererseits gleich breit sind, b) oder mit mindestens einem Verzögerungsleitungsverbund auf einem piezoelektrischen Substrat mit interdigitalen Wandlern, wobei alle interdigitalen Wandler dieses Verzögerungsleitungsverbundes interdigitale Wandler mit linearer Modulation der Zelllänge sind, bei denen sowohl die Zinkenbreite als auch der Zwischenraum zwischen den Zinken von der ersten bis zur letzten Zinke für alle interdigitalen Wandler des Verzögerungsleitungsverbundes stetig kleiner oder größer wird, c) oder mit einer Anordnung, in welcher die vorgenannten Merkmale a) und b) kombiniert sind, d) oder mit einer Anordnung, in welcher die vorgenannten Merkmale a) und b) kombiniert sind, wobei die interdigitalen Wandlern aus Zellen zusammengesetzt sind, die mindestens zwei Harmonische der akustischen Oberflächenwellen anregen und empfangen, wobei eine Variation der zu bestimmenden Größen durchgeführt und Suchbereiche mit einer unteren Grenze (ug) und einer oberen Grenze (og) ermittelt werden und das jeweilige globale Minimum für alle zu bestimmenden Eigenschaften ermittelt wird, und wobei die Ermittlung des globalen Minimums aus den Werten der Phasenänderungen mindestens zweimal durchgeführt wird und bei der zweiten und jeder weiteren Ermittlung des globalen Minimums aus den Werten der Phasenänderungen eine zufällige Verschiebung der unteren und oberen Grenze der Suchbereiche mit Hilfe eines Zufallsgenerators realisiert wird, und, im Falle, dass die zufällige Verschiebung größer null ist, das Maximum der zufälligen Verschiebung ½(og-ug) beträgt und die obere Grenze des jeweiligen Suchbereichs nach oben verschoben wird, und, im Falle, dass die zufällige Verschiebung kleiner null ist, das Maximum der zufälligen Verschiebung ½(og-ug) beträgt und die untere Grenze des jeweiligen Suchbereichs nach unten verschoben wird, wobei nach einer Optimierung der ermittelten Werte der zu bestimmenden Größen, diese optimierten Werte nach den verschiedenen Größen getrennt und nach dem Verwerfen offensichtlicher Ausreißer mit Hilfe eines Fitting-Programms je an ein Polynom gefittet werden, dessen Minimum dann den gesuchten Wert der jeweiligen zu bestimmenden Größe liefert.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass für die Anwendung eines Fitting-Programmes eine Oberflächenwellenanordnung mit einem erweiterten Frequenzbereich oder mit größerer Schichtdicke der leitfähigen oder dielektrischen Schicht zwischen je zwei interdigitalen Wandlern verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass neben einer elastischen Konstanten c11 und einer elastischen Konstante c44 und der Dichte auch die Dicke der Schicht bestimmt wird.