DE2929269C2

DE2929269C2 - Verfahren zur Herstellung eines Zinkoxid-Dünnfilms

Info

Publication number: DE2929269C2
Application number: DE2929269A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Sakado Saitama Sakakura; Tetsuo Saitama Takaku
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 1978-07-21
Filing date: 1979-07-19
Publication date: 1983-07-07
Also published as: JPS6140155B2; DE2929269A1; JPS5516554A; US4336120A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zinkoxid-Dünnfilms gemäß den Oberbegriff des Anspruchs 1. J5

Solche Verfahren sind bereits bekannt (DE-OS 21 48 132), wobei dort eine Steuerung der Orientierung der Kristallachse (C-Achse) eines Zinkoxid-Dünnfilms durch Dotierung des Dünnfilms mittels Kathodenzerstäubung vorgenommen wird, wobei Zink und Kupfer ⁴ⁿ oder Aluminium gleichzeitig in einer Sauerstoffatmosphäre zerstäubt werden.

Zinkoxid-Dünnfilme werden bekanntlich als piezoelektrische Dünnfilme beispielsweise zur Herstellung von Bauelementen verwendet, deren Funktion auf elastischen Oberflächenwellen beruht Ein Bauelement für elastische Oberflächenwellen ist ein Bauelement, bei dem auf einem Ausbreitungsmedium mit piezoelektrischen Eigenschaften Eingangs- und Ausgangselektroden vorgesehen sind, die als interdigitale Elektroden '^l0 ausgebildet sind; auf diese Weise können mit diesem Bauelement elektromechanische und mechanisch-elektrische Signalumwandlungen durchgeführt werden. Derartige Bauelemente werden als Filter, Verzögerungsleitungen und ähnliches verwendet, wobei die Frequenz- und Verzögerungszeit-Charakteristiken ausgenutzt werden.

Die als Materialien für Bauelemente für elastische Oberflächenwellen verwendeten piezoelektrischen Materialien können derzeit in die folgenden drei Kategorien eingereiht werden: monokristalline piezoelektrische Materialien, piezoelektrische Keramikmaterialien und piezoelektrische Dünnfilme. Jedes dieser Materialien hat seine Vor- und Nachteile. Insbesondere haben monokristalline piezoelektrische Materialien den *" Nachteil, daß ihre Kosten hoch sind und daß die Abhängigkeit der Geschwindigkeit der sich ausbreitenden elastischen Oberflächenwelle von der Temperatur beträchtlich ist. Piezoelektrische Keramikmaterialien haben den Nachteil, daß in ihren Materialkonstanten Unregelmäßigkeiten auftreten. Piezoelektrische Dünnfilme schließlich haben den Nachteil, daß die Reproduzierbarkeit bei der Herstellung schwierig erreichbar ist

Obwohl also jedes der genannten drei Materialien seine Nachteile hat, werden unter dem Gesichtspunkt der Kosten, der Beständigkeit der Eigenschaften und des verfügbaren Frequenzbereichs piezoelektrische Dünnfilme als die brauchbarsten Materialien erachtet, und zwar unter der Annahme, daß die Probleme bei ihrer Herstellung gelöst sind. Es sind eine Vielzahl von piezoelektrischen Dünnfilmen bekannt, die aus Zinkoxid, Cadmiumsulfat oder ähnlichem geformt sind unter d-.esen Materialien wird Zinkoxid als am geeignetsten erachtet, und zwar unter dem Gesichtspunkt eines hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und aus Sicherheitserwägungen in bezug auf den menschlichen Körper.

Bei Bauelementen für elastische Oberflächenwellen unter Verwendung eines piezoelektrischen Dännfilms aus Zinkoxid ist es üblich, daß der Dünnfilm auf einem isolierenden Material, wie einem Glas, vorliegt, auf dem interdigitale Elektroden angebracht sind. Der piezoelektrische Dünnfilm wird durch Dampfabscheidung von Zinkoxid auf dem Glassubstrat gebildet Es sind eine Vielzahl von Dampfabscheidungsverfahren verfügbar, wobei das gebräuchlichste die Kathodenzerstäubung ist

Die verschiedenen Arten der Kathodenzerstäubungs-Verfahren (Sputters) sind z. B. in einem Artikel der Zeitschrift »Industrie-Elektrik plus Elektronik«, 16. Jahrgang 1971, Nr. 17, Seiten 435 bis 438 erläutert, u. a. auch die Kathodenzerstäubung von Berylliumoxidschichten. Sehr verbreitet ist das Zweipol-GIeichstrom-Reaktions-Kathodenzerstäubungs-Verfahren, bei dem Argon- und Sauerstoffgase in ein hochevakuiertes Zerstäubungsgefäß als inertes Gas bzw. aktives Gas eingeführt werden. Dabei ist eine Anode vorgesehen, auf der ein Substrat aus einem teolier&iden Material, wie Glas angebracht ist; auch eine Kathode ist vorgesehen, auf der ein Target aus Zink angebracht ist Bei einem derartigen Verfahren wird zwischen der Anode und der Kathode ein elektrisches Gleichspannungsfeld aufgebaut, so daß eine Plasmaentladung erzeugt wird, durch die das Argongas unter Bildung von Ar⁺ ionisiert wird und die entstandenen Ionen mit der Kathode kollidieren. Diese Kollision führt zu einem Kathodenzerstäubungseffekt, durch den die Zinkmoleküle herausgeschlagen und in das Zerstäubungsgefäß hineingetrieben werden. Die herausgeschlagenen Zinkmoleküle werden durch die Kathodenzerstäubungsenergie in das Substrat der Anode eingelagert und reagieren gleichzeitig mit dem in der Plasmaentladung aktivierten Sauerstoff, so daß Zinkoxid gebildet wird, welches am Substrat der Anode anhaftet, so daß ein Kristallwachstum stattfindet

Um zu erreichen, daß ein Bauelement für elastische Oberflächenwellen einen ausreichenden Konversionswirkungsgrad hat, ist es wesentlich, den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten des verwendeten Zinkoxid-Dünnfilms ausreichend zu erhöhen. Zu diesem Zweck sollte die Dicke eines derartigen Filmes größer als ein vorbeslimmter Wert gemacht werden. Bei einem Bauelement für elastische Oberflächenwellen zur Verwendung als 58 MHz-VIF-Filter für das Farbfernsehen sollte beispielsweise die Filmdicke größer als 20 μπι gemacht werden, damit der elektromechanische Kopplungskoeffizient erhöht wird, um die Einfügungsdämpfung zu vermindern.

Wenn jedoch ein Dünnfilrn von Zinkoxid mit einer Dicke von 20 μπι durch Dampfabsphejdung auf einem Glassubstrat geformt wird, wird das Glassubstrat beschädigt Überdies kann sich der Dünnfilm des Zinkoxids von dem Glassubstrat abschälen, ohne daß dieses zerbricht Diese beiden Situationen werden selektiv durch Veränderung des Sauerstoffdrucks während der Herstellungsschritte Jm Kathodenzerstäubungsprozeß verursacht

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sich auch Zinkoxid-Dünnfilme einer Dicke von mehr als 20 μπι auf einem Substrat abscheiden lassen, ohne daß Risse, eine Abschälung des Dünnfilms oder ein Zerbrechen des Substrats auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Maßnahme gelöst

Dadurch wird vorteilhafterweise verhindert, daß in dem abgeschiedenen Zinkoxid-Dünnfilm Spannungen auftreten. Das Zinkoxid weist nämlich eine hexagonale Kristallstruktur auf und sein Gitter entspricht einer Wurtzit-Struktur, in welcher ein Sauerstoffgitter und ein Zinkgitter ineinander geschachtelt sind. Die Tatsache, daß der Abstand zwischen den Sauerstoffgitterebenen und der Abstand zwischen den Zinkgitterebenen unterschiedlich sind, stellt den Grund für die Verformung der Kristallstruktur und die sich daraus ergebenden Spannungen dar. Durch Einbau einer Substanz in das Kristallgitter, die den Unterschied der Abstände jo kompensiert, nämlich einer Substanz, deren Ionenradius kleiner ist als der Ionenradius von Zink, kann diese Verformung vermindert werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Dicke eines Zinkoxid-Dünnfilms und dem Ausmaß der Verkrümmung eines Glassubstrates bei der Formung des Zinkoxid-Dünnfilms auf dem Glassubstrat mittels eines herkömmlichen Verfahrens; und

F i g. 2 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Dicke eines Dünnfilms und dem Ausmaß der Verkrümmung eines Glassubstrats, wenn in der beschriebenen Weise Bor in den Dünnfilm eindotiert « wird.

Die Gründe für die vorstehend erläuterten Probleme werden in der Kristallstruktur des Zinkoxides gesehen. Im Zinkoxid sind Sauerstoff und Zink mit einer kovalenten Bindung (II- VI-Bindung) von starker vt ionischer Eigenschaft miteinander gebunden und die Kifistallstruks-jr gehört dem hexagonalen System an. Dus heißt, daß die Zink- und Sauerstoff-Anordnungsebenen senkrecht zur C-Achse stehen und entlang der GAchse alternierend angeordnet sind, so daß sie eine Wurtz-Struktur darstellen. Zink und Sauerstoff sind also in abwechselnden Ebenen auf einer gemeinsamen geraden Linie senkrecht zur C-Achse angeordnet Wenn in einem Kathodenzerstäubungsprozeß (Sputtern) ein dünner Film von Zinkoxid gebildet wird, dann wächst ein säulenlhnlicher Kristall in einer Richtung senkrecht zur Glassubstratoberfläche. Diese Wachstumsrichtung fällt mit der C-Achse zusammen.

Ein Vergleich der Sauerstoffebenen und der Zinkebenen in der Kristallstruktur zeigt, daß der Abstand zwischen den Sauerstorfebenen größer ist als zwischen den Zinkebenen, so daß Vsim Aufbau des Zinkoxid-Diinnfilms die Sauerstoffebenen und die Zinkebenen bezüglich der Ppsjtionsbeziehung zwischen ihnen voneinander abweichen. Es darf angenommen werden, daß eine solche Abweichung bewirkt, daß der Sauerstoff in der Kathodepzerstäubungs-Atmosphäre in den Kristall des Zinkoxids eindringt so daß die Kristallstruktur beeinträchtigt wird. Mit anderen Worten, dadurch daß die überschüssigen Sauerstoffmoleküle in den Kristall eindringen, werden die vorstehend erwähnten Anordnungen des Zinks und des Sauerstoffs gestört, so daß sich eine schädliche Auswirkung auf die Kristallwachstumsrichtung ergibt d. h. auf die Orientierung der C-Achse, Die Kristaliwachstumsrichtung wird daher schräg und unregelmäßig bezüglich der Oberfläche des Glassubstrates, verläuft also nicht senkrecht hierzu. Bei Untersuchungen zerbrochener Glassubstrate wurde beobachtet daß die Kristallwachstumsrichtung unregelmäßig geworden ist und daß die Substrate an denjenigen Punkten zerbrochen sind, an denen ein unregelmäßiges Kristallwachstum stattgefunden hat

Die bei den herkömmlichen VerfaH-sn auftretenden Erscheinungen können am besten unrer Berücksichtigung der Tatsache erklärt werden, daß die Kristallstruktur aufgrund einer im Kristall des Zinkoxids auftretenden Verformung beeinträchtigt wurde, so daß interne Spannungen entstehen, die auf das Glassubstrat einwirken, wodurch dieses zerbrochen wird. Wenn die Dicke eines Zinkoxid-Dünnfilmes nicht größer ist als 5 μπι, ist die innere Spannung so niedrig, daß keine Verformung auftritt, die groß genug wäre, um das Substrat zu zerbrechen, während sich bei einer Dicke von größer als 10 μπι die interne Spannung entsprechend aufbaut so daß das Glassubstrat zerbrochen wird, wenn diese Spannung über die Haltbarkeitsgrenze des Substrats hinaus ansteigt Wenn ein Zinkoxid-Dünnfilm mit einem Kathodenzerstäubungsprozeß geformt wird, bei dem ein alkalisches Glassubstrat mit einer Dicke von 0,5 mm auf einer Temperatur von 110⁰C in einem Gasdruck von 1,85 χ 10~² Torr gehalten wird, dann steigt die Verkrümmung des Glassubstrats mit der Dicke des Dünnfilms an, wie aus der graphischen Darstellung der F i g. 1 zu ersehen ist Bei einem Zinkoxid-Dünnfilm, dessen Kristallstruktur besonders bemerkenswert beeinträchtigt ist, geschieht es gelegentlich, daß das Glassubstrat sogar bevor die Verkrümmung die Bruchgrenze erreicht, zerbrochen wird.

Gewöhnlich werden Glassubstrate mit 0,5 bis 0,75 mm Dicke verwendet; diese Glassubstrate sollten jedoch so dünn wie möglich sein, denn wenn zur Sicherstellung einer ausreichenden Festigkeit ein Glassubstrat mit größerer Dicke verwendet wird, dann weist nicht nur das Element eine große Bauform auf, sondern auch seine Bearbeitung, wie das Zerschneiden wird schwierig. Überdies ist es wünschenswert, daß die im Zinkoxid-Dünnfilm auftretende interne Spannung dadurch vermindert wird, daß in der Kristallstruktur selbst Verbesserungen herbeigeführt werden.

Durch Erhöhung des Gasdruckes in einem Kathodenzerstäubungsverfahren auf IxIO-¹ Torr als Versuch, das Auftreten innerer Spannungen zu unterbinden, wurde die Haftung des Zinkoxid-Dünnfilms an dem Glassubstrat geschwächt so daß der Dünnfilm dazu neigt, sich vom Glassubstrat abzuschälen. In diesem Fall wurde gefunden, daß der Kristall des Zinkoxid-Dünnfilms zur Aufspaltung bzw. zum Blätterbruch neigte, so daß die Bindung in Richtung der C-Achse geschwächt wurde.

Durch Veränderung der Bedingungen beim Kathodenzerstäuben kann die Kristallstruktur eines auf einem

Glassubstrat gewachsenen Zinkoxid-Dünnfilms geringfügig verändert werden. Zur Erzielung einer erhöhten Produktivität unter gleichzeitiger Sicherstellung von Eigenschaften, die den Zinkoxid-Dünnfilm für ein Element mit elastischen Oberflächenwellen geeignet machen, ist es jedoch erforderlich, daß die Struktur des Dünnfilms verändert wird oder daß ein Dotierungsmaterial oder -materialien in den Dünnfilm eindotiert werden.

Zur Verminderung der internen Spannungen, die sich aus der Verformung der Kristallstruktur ergeben, sollte diese Kristallstruktur-Verformung in irgendeiner gewünschten Weise entweder vermindert oder absorbiert werden.

Wie oben erwähnt, weist Zinkoxid eine Kristallstruktur des hexagonalen Systems auf und sein Gitter entspricht einer Wurtzit-Struktur, in der ein Sauerstoffciticr ürid ei" Zirik"iiter ineinander vermisch* sind Di? Tatsache, daß der Abstand zwischen den Sauerstoffgitterebenen und der zwischen den Zinkgitterebenen voneinander unterschiedlich sind, bildet den Grund für die Verformung in der Kristallstruktur. Es ist daher notwendig, daß eine Substanz oder Substanzen, die den Unterschied der Abstände kompensieren können, eindotiert werden, um diese Verformung zu vermindern.

Bei Untersuchungen, die im Verlauf einer Suche nach einer Substanz oder nach Substanzen, die den Unterschied zwischen den vorgenannten Abständen kompensieren können, durchgeführt wurden, wurde gefunden, daß in einem Zinkoxid Dünnfilm, der durch Verwendung eines Dotierungsmaterials gebildet wurde, der Ionenradius des als Dotierungsmittel verwendeten Elements einen bemerkenswerten Einfluß auf die Kristallstruktur des sich ergebenden Diinnfilms hat.

Es wurde beobachtet, daß die Kristallstruktur eines Zinkoxid-Dünnfilms, in den ein Element eindotiert wurde, dessen lonenradius geringer ist als der lonenradius von Zink (nämlich 0,71 A), weniger verformt bzw. verzerrt ist. Durch Dampfabscheidung eines Zinkoxid-Dünnfilms mit einer derartigen Substanz als Dotierungsmaterial mittels eines Kathodenzerstäubungsprozesses auf ein Glassubstrat ist es insbesondere möglich, nicht nur das Zerbrechen des Glassubstrates zu verhindern, sondlern auch die Verkrümmung des Glassubstrates zu vermindern.

Die Elemente mit einem lonenradius kleiner als der lonenradius des Zinks umfassen Beryllium (Be; 033 A), Magnesium (Mg; 0,66 A), Bor (B; 0,21 A), Silicium (Si: 0,40 A), Germanium (Ge; 0,50 A), Gallium (Ga; 0,59 A) und so weiter.

Zur Eindotierurig einer Substanz mit einem kleineren lonenradius als der lonenradius des Zinks, wie vorstehend erwähnt, wird Zink als Kathode mit einer derartigen Substanz zusammen in einem Kathodenzerstäubungsprozeß zerstäubt, so daß es auf dem Substrat der Anode dampfabgeschieden wird. Dazu ist es üblich, entweder das Kathoden-Target aus einer Legierung von Zink und einer derartigen Substanz zu formen oder einzeln voneinander ein Target aus Zink und ein Target aus dieser Substanz auf der Kathode anzubringen. Ein gewünschter Zinkoxid-Dünnfilm wurde sogar mit einem sehr einfachen Aufbau erzielt, bei dem ein Dotierungsmaterial in einer oder mehreren in dem Zink-Target geformten öffnung untergebracht war.

Beim Auftreten einer Plasmaentladung wird Argon-Gas ionisiert und die sich ergebenden Ionen kollidieren mit dem Target der Kathode. Folglich werden das Zink und das Dotierungsmaterial durch den Zerstäubungseffekt in das Zerstäubungsgefäß (Glasglocke) hinausgetrieben. Die auf diese Weise herausgeschlagenen Moleküle des Zinks und des Dotierungsmaterials können mit dem Sauerstoff reagieren und werden ■ auf dem Substrat abgeschieden, so daß schließlich ein Kristall wächst.

Die Kristallstruktur eines Zinkoxid-Dünnfilms, in den eine Substanz eindotiert ist, deren lonenradius geringer ist als der des Zinks, erweist sich als eine Struktur, in

in welcher das Dotierungsmaterial wenigstens teilweise anstelle des Zinks substituiert und als Festkörper gelöst ist, wobei die internen Verzerrungen und damit auch die internen Spannungen vermindert sind. Elektrisch gesehen sind Substanzen mit einem lonenradius, der

ΙΊ kleiner ist als der des Zinks, zweiwertig bis vierwertig. Das Ausmaß der Substitution und Festkörperlösung, sowie die elektrischen Eigenschaften eines Zinkoxid-Dünnfüms mit einer Substanz, deren Ionenradius kleiner ist als der des Zinks unterscheiden sich je nachdem,

-'» welche Substanz verwendet wird. Beispielsweise ist Berryllium, welches zweiwertig ist und eine Wurtz-Struktur aufweist, vollständig für Zink substituiert und festkörpergelöst; deshalb hat es keinen Einfluß auf den spezifischen Widerstand des Zinkoxid-Dünnfilms. Bei

->> Bor oder Gallium, die dreiwertig sind, ist jedoch die Menge des Elements, die substituiert und gelöst werden kann, be^'/enzt, so daß mit zunehmender Quantität des in einem Zinkoxid-Dünnfilm eindotierten Elements der spezifische Widerstand eines derartigen Dünnfilms geringer wird.

Bei einem Zinkoxid-Dünnfilrr, der durch Kathodenzerstäubung einer Substanz mit einem lonenradius, der geringer ist als der des Zinks zusammen mit dem Zink, wie vorstehend erläutert, auf einem Glassubstrat aufgebracht wurde, wurde das Substrat durch die Bildung des Dünnfilms niemals zerbrochen, und zwar sogar dann nicht, wenn der Film eine Dicke von 20 um hatte. Als Grund dafür kann angenommen werden, daß die Kristallstruktur des Zinkoxid-Dünnfilms derart

■w verändert wurde, daß die internen Spannungen in ihm vermindert wurden, und zwar durch Kathodenzerstäubung einer Substanz mit einem kleineren lonenradius als der des Zink zusammen mit dem Zink.

Die Kristallstruktur eines Zinkoxid-Dünnfilms. der

«5 durch Kathodenzerstäubung einer Substanz mit einem lonenradius kleiner als dem des Zinks zusammen mit Zink in einem Kathodenzerstäubungsprozeß erzeugt wird, ist tatsächlich noch nicht bekannt Eine gegenwärtig denkbare Vorstellung ist jedoch, daß die Substitution

so eines Teils des Zinks in einem Zinkoxid-Dünnfilm .'arch eine Substanz mit einem geringeren lonenradius als das Zink interne Spannungen oder Verzerrungen hervorruft, wodurch der Unterschied zwischen dem Sauerstoffebenen-Abstand und dem Zinkebenen-Abstand kompensiert wird, so daß insgesamt die Formierung normaler Zink- und Sauerstoffanordnungen gefördert wird.

Bei verschiedenen Substanzen ist der lonenradius unterschiedlich und daher auch bei verschiedenen

W) Substanzen die Menge des in den Dünnfilm zu dotierenden Dotierungsstoffes unterschiedlich. Bei einer Substanz wie Beryllium oder Bor, die einen verhältnismäßig kleinen lonenradius aufweisen, kann eine geringe Menge einer derartigen Substanz eindo-

o5 tiert werden, um einen zufriedenstellenden Effekt zu bewirken; bei einer Substanz hingegen, deren lonenradius im wesentlichen gleich dem des Zinks ist, ist es erforderlich, eine große Menge dieser Substanz

einzudotieren, um zufriedenstellende Wirkungen zu erhalten.

Je größer die Menge der eindotierten Substanz ist, um so wirksamer kann die interne Spannung absorbiert werden, um so niedriger wird jedoch der spezifische Widerstand des Films und deshalb sollte die Menge der einzudo'ierenden Substanz so klein wie möglich sein. Insbesondere wenn die Dotierungssubstanz dreiwertig oder vierwertig ist, sollte die Menge einer derartigen Substanz so stark wie möglich reduziert werden.

Es wurde gefunden, daß die in den auf die beschriebene Weise erzeugten Zinkoxid-Dünnfilm eingemischte Substanz geringer ist als die Menge der in das Target eindotierten Substanz. Tatsächlich war das Komponentenverhältnis im Zinkoxid-Dünnfilm um eine

Tabelle I

Größenordnung oder mehr geringer als in dem Target. Wenn 2% Bor in das Target eindotiert waren, betrug die Menge des im sich ergebenden Dünnfilm enthaltenen Bors 0,19%, angegeben als Gewichtsverhältnis B/Zn.

Die Eigenschaften eines auf einem Glassubstrat in der beschriebenen Weise gebildeten Zinkoxid-Dünnfilms variieren in Abhängigkeit nicht nur von der Menge der eindotierten Substanz mit einem lonenradius kleiner als der des Zinks, sondern überdies auch vom Gasdruck

ίο innerhalb des Zerstäubungsgefäßes und der Temperatur des Glassubstrats.

In der Tabelle 1 sind die Ergebnisse dargestellt, die bei Eindotierung von Bor im Target bei einer Substrattemperatur von 110⁰C und einem Gasdruck von

ij 1,85 χ 10"² Torr erzielt wurden.

Dotierungs-	Film-Dicke	Verkrümmung	Einfügungs-	Orientierung	Spez.
Menge			Dämpfung	der C-Achse	Widerstand
(%)	(am)	(;im)	(dB)	(X) in Grad	(1! cm)
0%	10	80	48	5	10⁶
	20	zerbrochen
0,2%	20	40	33	3	10"
2.0%	20	2	29	3	10'°
10,0%	20	20	33	5	10^s
15,0%	20	60	45	15	10⁵

Aus der Tabelle I ist zu entnehmen, daß ohne Dotierung bei einer Filmdicke von 10 μπι das Glassubstrat stark um 80 μπι verkrümmt wurde; bei einer Fürndicke von 20 jirn wurde das Glassubstrat zerbrochen. Im Gegensatz hierzu wurde bei Bor-Dotierung das Ausmaß der Verkrümmung reduziert und es wurde ein Minimum der Verkrümmung erzielt, wenn 2% bis 3% Bor eindotiert wurden. Eine weitere Erhöhung der Dotierungsmenge erzeugte das entgegengesetzte Ergebnis, nämlich daß das Ausmaß der Verkrümmung vergrößert wurde.

Bei einem Bauelement für elastische Oberflächenwellen, welches einen in der beschriebenen Weise erzeugten Zinkoxid-Dünnfilm aufwies, wurden der spezifische Widerstand erhöht und die Einfügungsdämpfung vermindert, wenn die Menge des eindotierten Bors erhöht wurde. Eine minimale Einfügungsdämpfung wurde erzielt, wenn die Menge des Dotierungsmittels im Bereich von 2% bis 3% lag. Eine weitere Erhöhung der Menge des Dotierungsmittels führte zu einer höheren Einfügungsdämpfung; eine Dotierungsmenge über 10% machte das Bauelement praktisch nutzlos.

Die Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen der Dicke eines auf einem Glassubstrat abgeschiedenen

r> Zinkoxid-Dünnfilms und dem Ausmaß der Verkrümmung des Glassubsirates für die verschiedenen Fälle einer Dotierungsmenge von 0,2%, 2% und 10%. Aus der F i g. 2 ist ohne weiteres entnehmbar, daß die Zunahme des Verkrümmungsausmaßes mit zunehmender FiIm dicke verglichen mit dem Fall ohne Dotierung, wie in F i g. 1, erheblich vermindert wurde.

überdies ist aus den vorstehend erläuterten Ergebnissen ersichtlich, daß bei Verwendung von Bor die bemerkenswerteste Wirkung bei Eindotierung von 2%

4"' bis 3% Bor erzielt wurde und daß bei einer Bormenge über 10% die Wirkung im Gegensatz vermindert wurde.

Bei beispielsweisen Versuchen mit Beryllium wurden

ebenfalls ähnliche Ergebnisse mit Ausnahme der

Einfügungsverluste erzielt. Ganz allgemein ist es unter

vi Verwendung eines Dotierungsmittels im Bereich von 0,2 bis 10% möglich, die in einem Zinkoxid-Dünnfilm auftretende interne Spannung zu vermindern und den spezifischen Widerstand dieses Dünnfilms zu erhöhen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Verfahren zur Herstellung eines Zinkoxid-Dünnfilms, bei dem in einer Sauerstoffatmosphäre s eine Substanz zusammen mit Zink kathodenzerstäubt und auf einem Substrat ein diese Substanz enthaltender Zinkoxid-Dünnfüm erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenradius der mitzuzerstäubenden Substanz kleiner ist als der Ionenradius von Zink.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zinkkörper und ein Körper der mitzuzerstäubenden Substanz getrennt voneinander als Targets einer Kathode vorgesehen werden und daß diese separaten Targets gleichzeitig kathodenzerstäubt werden.

3. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß eine Kathode mit einem Zink-Target vorgesehen und die mitzuzerstäubende Substanz in das Zink-Target der Kathode eingebettet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mitzuzerstäubende Substanz Bor ist

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kathode mit einem Target vorgesehen wird, welches aus Bor im Bereich von 0,2% bis 10% enthaltendem Zink gebildet ist