-
Diese
Erfindung betrifft einen harten Kohlenstoffilm, der graphitartigen
Diamant und Kohlenstoffcluster auf einem akustischen Oberflächenwellensubstrat
(SAW) und eine piezoelektrische Schicht enthält, die auf dem SAW-Substrat
befestigt ist. Das SAW-Substrat dieser Erfindung ist insbesondere
zur Verwendung in SAW-Geräten
geeignet.
-
Lithiumniobat
(LNO), Lithiumtantalat (LTO), Kristall, Saphir und ZnO werden als
Materialien für SAW-Substrate
verwendet. Einzelkristalliner Diamant, C-BN, AlN, Cu und Al wurden
als Materialien für
Kühlkörper verwendet.
Mit den Materialien für
die SAW-Verwendung erfordert die Herstellung von Hochfrequenz-SAW-Filtern
durch Verwendung eines konventionellen Materials wie Kristall die
Technologie der winzigen Leitung mit 1 µm oder weniger, insbesondere
sub-µm
oder weniger, wodurch ein ernsthaftes Problem der Ausbeuteverminderung
verursacht wird, die durch Brüche
und Kurzschlüsse
in den Leitungen resultiert. Zusätzlich
erfordert die Implementierung der winzigen Leitungstechnologie das
Vorsehen eines sehr großen
sauberen Raumes und ein großes
Investitionsvolumen.
-
Ein
hochkristalliner Diamant erlaubt die leichte Entwicklung der Oberflächenunebenheit,
verursacht durch Vorsprünge
der Kristallebenen (111) und (100), wodurch es extrem schwierig
wird, durch Polieren eine Oberflächenebenheit
zu erhalten. Der Diamant kann auf eine Korngröße von 5 µm oder mehr wachsen, was für den Propagationsverlust
verantwortlich ist, wenn eine Hochfrequenzvorrichtung auf der Diamantoberfläche erzeugt
wird.
-
SAW-Vorrichtungen
für 1,0
GHz oder mehr mit einer piezoelektrischen Körper/Diamant-Laminatstruktur
haben das Problem, daß sie
einen verhältnismäßig großen Propagationsverlust
verursachen, wenn sie für eine
Vorrichtung wie einen Filter verwendet werden, obwohl deren Arbeitsfrequenz
ein zufriedenstellendes Niveau aufweist. Bei einer solch hohen Frequenz
wird die Wellenlänge
kurz und hierdurch erhöht
sich die Wirkung der mikroskopischen Oberflächenunebenheit des piezoelektrischen
Körpers
auf den Propagationsverlust und die Streuung der Oberflächenwellen
an Korngrenzflächen.
Weil Diamant härter
ist als irgendeine andere Substanz, ist es schwierig, einen Film
mit ausreichender Oberflächengleichmäßigkeit
zu erhalten.
-
Diamantartiger
Kohlenstoff, der Schallwellen bei einer Geschwindigkeit transmittiert,
die der von Diamant vergleichbar ist, ermöglicht die leichte Produktion
eines gleichmäßigen Filmes.
Jedoch ermöglicht
dies die leichte Verdampfung von Kohlenstoff in das Vakuum während der
Bildung eines piezoelektrischen Körpers, so daß Vorrichtungen
mit dem Kohlenstoff schwierig herzustellen sind.
-
Mit
den Materialien sind Ultrahochdruck-Einkristalldiamanten sehr teuer,
obwohl sie eine hohe thermische Leitfähigkeit haben. Folglich sind
adäquate
wärmeleitende
Materialien erforderlich, die kostengünstig oder leicht herzustellen
sind.
-
Gegenwärtig ist
es schwierig, einkristalline Diamanten durch chemischen Dampfniederschlag
(CVD) zu erhalten. Diamantfilme, die durch CVD erhalten sind, sind
polykristalline Filme, die Korngrenzen aufweisen. Weil die Korngrenzen
die Oberflächenwellen
streuen, neigen SAW-Filter, die die Diamantfilme enthalten, die durch
CVD erhalten sind, zur Verschlechterung ihrer Leistung.
-
EP-A-0608864
betrifft eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung.
EP-A-0674384 und EP-A-0674385 betreffen ein Orientierungsmaterial
und eine akustische Oberflächewellenvorrichtung. EP-A-0616047
betrifft ein polykristallines Diamantsubstrat.
-
Ein
Ziel dieser Erfindung liegt darin, ein SAW-Substrat anzugeben, das
frei von den Nachteilen wie beim oben beschriebenen Stand der Technik
ist.
-
Ein
anderes Ziel dieser Erfindung liegt darin, ein SAW-Substrat mit einem
harten Kohlenstoffilm anzugeben, das leicht und kostengünstig herzustellen
ist, wobei tatsächlich
die Qualität
aufrechterhalten wird, die die wesentlichen Eigenschaften einer
Vorrichtung ausmachen, die den harten Kohlenstoffilm auf den SAW-Substrat
umfaßt.
-
Ein
weiteres Ziel dieser Erfindung liegt darin, ein SAW-Substrat anzugeben,
das bezüglich
des Propagationsverlustes bei Verwendung in SAW-Vorrichtungen gering
ist.
-
Dieser
Erfinder haben durch intensive Experimente und Untersuchungen festgestellt,
daß ein
graphitartiger Diamant/Kohlenstoffcluster-Verbundfilm, der eine
spezifische Eigenschaft aufweist, sehr effektiv ist, um die oben
beschriebenen Ziele zu erreichen.
-
Das
SAW-Substrat mit einem harten Kohlenstoffilm dieser Erfindung basiert
auf der obigen Feststellung.
-
Demzufolge
gibt diese Erfindung ein SAW-Substrat gemäß Anspruch 1 an.
-
Weitere
bevorzugte Merkmale dieser Erfindung sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Diese
Erfinder gehen davon aus, daß das
SAW-Substrat mit einem harten Kohlenstoffilm gemäß dieser Erfindung mit der
oben beschriebenen Zusammensetzung sich aus einem graphitartigen
Diamant, der die Masse, gewünscht
90 % oder mehr des harten Kohlenstoffilmes ausmacht, und Kohlenstoffclustern
zusammensetzt, die die Zwischenräume
zwischen den Diamantkörnern
auffüllen.
-
Konventionelle
SAW-Filter ermöglichten
das Streuen der Oberflächenwellen
an den Diamant-Korngrenzen als unvermeidbare Konsequenz, wodurch
der Propagationsverlust verursacht wird. Auf der anderen Seite hat
der harte Kohlenstoffilm dieser Erfindung einen geringen Propagationsverlust,
der mit dem Ausmaß vergleichbar
ist, das nur durch einen Einkristalldiamant erzielbar ist (nicht
erzielbar durch polykristalline Diamanten). Diese Verminderung des
Propagationsverlustes wird der Struktur des harten Kohlenstoffilmes
zugeschrieben; d.h. die Kontinuität der Kristallstruktur wird
in einem Ausmaß aufrechterhalten,
das dem in einem Einkristall vergleichbar ist, weil die Diamantkristallkörner ähnlich wie
Graphit sind und Lücken
zwischen den Diamantkörnern
mit Kohlenstoffclustern gefüllt
werden.
-
Der
harte Kohlenstoffilm hat ein Niveau, das Diamant angesichts der
physikalischen Eigenschaften und Härte ähnlich ist und transmittiert
daher SAW bei einer Geschwindigkeit, die der von hochqualitativen
Diamanten ähnlich
ist. Der harte Kohlenstoffilm erleichtert das Erzielen einer sehr
gleichmäßigen Oberfläche, mit einer
Oberflächenrauhigkeit
(Ra) von 1 nm oder weniger, indem mit einfacher Diamantschleifscheibe
poliert wird, weil er einige (111) Ebenen des Diamantnes in einer
Ebene parallel zum Basismaterial aufweist und die Kristalle keine
perfekten Diamantkristalle sind.
-
Folglich
erleichtert der harte Kohlenstoffilm bei Verwendung in SAW-Filtern
das Wachstum eines sehr flachen, hochqualitativen Filmes eines piezoelektrischen
Körpers,
der ein essentielles Teil eines SAW-Filters ist, auf dem harten
Kohlenstoffilm.
-
Wie
oben beschrieben gibt die vorliegende Erfindung ein SAW-Substrat mit einem
harten Kohlenstoffilm an, umfassend einen Verbundfilm aus graphitartigem
Diamant und Kohlenstoffclustern, wobei der Verbundfilm eine kontinuierliche
Kristallstruktur aufweist.
-
Bei
Analyse durch Raman-Spektroskopie hat der harte Kohlenstoffilm einen
Diamantpeak, dessen Peakwert bei einer Raman-Verschiebung von 1332
bis 1335 cm–1 liegt.
Der Peak hat eine volle Breite bei einem halben Maximum (full with
at half maximum, FWHM) von 6 cm–1 oder
mehr. Der harte Kohlenstoffilm hat nur einen Kohlenstoffclusterpeak
bei einer Raman-Verschiebung
von 1500 bis 1520 cm–1 im Bereich von 1400
bis 1700 cm–1.
Der Peak hat ein FWHM von 170 cm–1 oder
weniger. Der harte Kohlenstoffilm hat weiterhin ein Ic/Id-Verhältnis von
4 oder mehr, wobei Ic die integrierte Intensität des Kohlenstoffclusterpeaks
ist und Id die integrierte Intensität des Diamantpeaks im Raman-Spektrum
ist.
-
Diese
Erfinder überlegen,
daß der
harte Kohlenstoffilm mit den oben beschriebenen Raman-spektroskopischen
Eigenschaften eine Verbundstruktur aufweist, worin die Masse, 90
% oder mehr, beispielsweise des harten Kohlenstoffilmes durch graphitartigen
Diamant ausgebildet ist und die Lücken zwischen den Diamantkörnern mit
Kohlenstoffclustern aufgefüllt
sind.
-
Diese
Erfinder haben festgestellt, daß der
harte Kohlenstoffilm mit dem angemessen Prozentsatz der Kohlenstoffcluster,
wie oben beschrieben, die Bildung einer sehr ebenen spiegelbearbeiteten
Oberfläche
durch Polieren des Filmes ermöglicht.
-
Die
konventionellen vielkristallinen Diamantfilme haben deutliche Korngrenzen.
Die Lücken
zwischen diesen Diamantkörnern
sind frei oder mit Graphit gefüllt.
Selbst im zuletztgenannten Fall ist die Diskontinuität der Kristallstruktur
unvermeidbar. Wenn daher diese vielkristallinen Diamantfilme in
SAW-Filtern verwendet werden, werden Oberflächenwellen an den Korngrenzen
gestreut. Als Ergebnis sind die Filme nicht zur Verwendung im Substrat
für SAW-Filter
geeignet. Wenn auf der anderen Seite der harte Kohlenstoffilm dieser
Erfindung als Komponente des Substrates für eine SAW-Vorrichtung verwendet
wird, kann die Verminderung bei der SAW-Propagationsgeschwindigkeit
verhindert werden, ohne daß eine
praktische Reduktion der Oberflächenhärte des
harten Kohlenstoffilmes erfolgt, weil die oben beschriebenen Eigenschaften
des harten Kohlenstoffilmes vorhanden sind.
-
Wie
oben beschrieben gibt diese Erfindung ein SAW-Substrat mit einem
harten Kohlenstoffilm an, das leicht oder kostengünstig herzustellen
ist, wobei tatsächlich
die Qualität
aufrechterhalten wird, die die wichtigen Eigenschaften einer Vorrichtung
beeinflußt,
die den harten Kohlenstoffilm enthält. Das SAW-Substrat gemäß Anspruch
1 hat den großen
Vorteil eines niedrigen Propagationsverlustes insbesondere bei Verwendung
in SAW-Vorrichtungen.
-
Die
folgenden Zeichnungen werden zur Erläuterung angegeben:
-
1 ist
ein schematischer Querschnitt, der ein grundlegendes Merkmal eines
harten Kohlenstoffsubstrates 1 mit dem harten Kohlenstoffilm 3 aufweist,
der auf einem Grundmaterial 2 befestigt ist.
-
2 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel eines Spektrums zeigt, erhalten durch
Röntgenbeugung
des harten Kohlenstoffilmes.
-
3 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel eines Spektrums zeigt, erhalten durch
Raman-Spektroskopie des harten Kohlenstoffilmes.
-
4 ist
ein schematischer Querschnitt, der ein Merkmal eines harten Kohlenstoffsubstrates
mit dem harten Kohlenstoffilm 3 zeigt, der auf dem Grundmaterial 2 befestigt
ist.
-
5 ist
ein schematischer Querschnitt, der ein Merkmal einer SAW-Vorrichtung 7 mit
Elektroden 6 auf einem SAW-Substrat 6 dieser Erfindung
zeigt, wobei eine piezoelektrische Schicht 4 auf dem harten
Kohlenstoffilm 3, der in 1 gezeigt
ist, befestigt ist.
-
6 ist
ein schematisches Diagramm, das den Grundriß der Filamant-CVD-Anlage zeigt,
die bei Beispiel 1 verwendet wird.
-
7 ist
ein Diagramm, das das Orientierungsverhältnis (I(111)/I(220) der harten
Kohlenstoffilme zeigt, erhalten gemäß Beispiel 1.
-
8 ist
eine Serie von schematischen Querschnitten, die den Bildungsvorgang
von Al-Elektroden/ZnO-Schicht/harte Kohlenstoffschicht/Si-Grundmaterial-Verbundmaterialien
zeigt, hergestellt gemäß Beispiel
1.
-
9 ist
ein schematisches Diagramm, das das Muster von interdigitalen Transducern
(IDT) zeigt, gebildet gemäß Beispiel
1.
-
10 ist
ein Diagramm, das S12 zeigt.
-
11 ist
ein Diagramm, das S11 zeigt.
-
12 ist
ein Diagramm, das S22 zeigt.
-
13 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel eines Raman-Spektrums zeigt, erhalten gemäß Beispiel
1.
-
14 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen FWHM des Diamantpeaks
und dem Propagationsverlust zeigt.
-
15 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Position
des Diamantpeaks auf der cm–1-Skala und dem Propagationsverlust
zeigt.
-
16 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen dem FWHM des
Kohlenstoffclusterpeaks und dem Propagationsverlust zeigt.
-
17 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Verhältnis der
integrierten Intensität
Ic/Id und dem Propagationsverlust zeigt.
-
18 ist
ein Elektronenabtastmikroskop (SEM)-Mikrophoto, das ein Beispiel
der polierten Oberfläche
eines graphitlosen Diamantfilmes zeigt, erhalten durch CVD (Vergrößerungs
1 KX = 1000 X).
-
19 ist
ein SEM-Mikrophoto, das ein Oberfläche gleichermaßen wie
bei 18 zeigt (Vergrößerung: 3 KX = 3000 X).
-
20 ist
ein SEM-Mikrophoto, das ein Oberfläche gleichermaßen wie
bei 18 zeigt (Vergrößerung: 10 KX = 10 000 X).
-
21 ist
ein SEM-Mikrophoto, das ein Beispiel eines harten Kohlenstoffilmes
zeigt, der Kohlenstoffcluster zwischen den Diamantkörner zeigt
(Vergrößerung:
3 KX = 3000 X).
-
22 ist
ein SEM-Mikrophoto, das die Oberfläche gleichermaßen wie
bei 21 zeigt (Vergrößerung: 10 KX = 10 000 X).
-
Diese
Erfindung wird spezifisch nachfolgend mehr erläutert, wobei gegebenenfalls
auf die Zeichnungen bezug genommen wird.
-
In
der folgenden Beschreibung wird der Ausdruck, der das Verhältnis der
Menge angibt, als Molbasis eingesetzt, d.h. mol% wenn nichts anderes
angegeben ist.
-
Harter Kohlenstoffilm
-
Der
harte Kohlenstoffilm umfaßt
einen Verbundfilm aus graphitartigem Diamant und Kohlenstoffclustern,
und der Verbundfilm hat eine kontinuierliche Kristallstruktur.
-
Bestätigung des
Vorhandenseins des graphitartigen Diamantes
-
Das
Vorhandensein des graphitartigen Diamantes im harten Kohlenstoffilm
kann durch die Tatsache bestätigt
werden, daß der
FWHM-Wert des Diamantpeaks in der Nähe von 1333 cm–1 6
cm–1 oder
mehr bei der Raman-Spektroskopie ist.
-
Der
FWHM-Wert des Diamantpeaks in der Nähe von 1333 cm–1,
der bei der Raman-Spektroskopie beobachtet wird, hat üblicherweise
eine Größenordnung
von 3 bis 4 cm–1 und neigt zur Verminderung
mit der Erhöhung
der Stärke
der Diamant-zu-Diamant-Bindung
(sp3, bekannt als Diamantbindung). Die Erhöhung von FWHM
bedeutet die Verminderung bei der Raman-Streuung von den sp3-Bindungen,
d.h. eine oder zwei Bindungen werden bei der Diamantbindung gebrochen,
wodurch die sp- oder sp2-Bindungen erhöht werden.
Weil die sp- und sp2-Bindungen die Bindungen
sind, die der Graphitbindung entsprechen, wendet diese Erfindung das
Kriterium "FWHW
des Diamantpeaks in der Nähe
von 1333 cm–1 ist
6 cm–1 oder
mehr bei der Raman-Spektroskopie" als Mittel zur Bestätigung des
Vorhandenseins der Diamanten mit den Eigenschaften von Graphit, dem
graphitartigen Diamant an.
-
Bestätigung des
Vorhandenseins von Kohlenstoffclustern
-
Das
Vorhandensein von Kohlenstoffclustern im harten Kohlenstoffilm kann
durch die Tatsache bestätigt
werden, daß der
Kohlenstoffclusterpeak bei 1510 cm–1 in
der Raman-Spektroskopie
liegt.
-
Yoshikawa
et al. haben offenbart, daß dann,
wenn Bor in glasartigen Kohlenstoff ioneninjiziert wird, die beiden üblicherweise
beobachtbaren Peaks (bei 1355 und 1590 cm–1)
des glasartigen Kohlenstoffes in der Raman-Spektroskopie in einen
Peak bei 1550 cm–1 umgewandelt werden
(siehe M. Yoshikawa et al., Physical. Review, 46 (11), S. 7169,
1992). Diese Umwandlung tritt auf, wenn die Graphitkristallstruktur
den geringeren Anteil ausmacht.
-
Diese
Untersuchung hat nahegelegt, daß die
Menge der Kohlenstoffcluster bestimmt werden kann durch die Anzahl
der Peaks und die Position der Peaks in einem Raman-Spektrum.
-
Unter
Bezugnahme auf die oben erwähnte
Literatur haben diese Erfinder geschlußfolgert, daß dann, wenn
nur ein Peak in der Nähe
von 1510 cm–1 vorhanden
ist und der FWHM-Wert des Peaks 170 cm–1 oder weniger
ist, der von der Überlappung
dieser beiden Peaks resultiert, die Hauptmenge des Filmes durch
Cluster mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen ausgemacht wird.
-
Die
obige Beschreibung "nur
ein Peak ist in der Nähe
von 1510 cm–1 vorhanden
und der FWHM-Wert des Peaks ist 170 cm–1 oder
weniger" zeigt an,
daß der
harte Kohlenstoffilm dieser Erfindung eine große Anzahl an Graphitstrukturen
enthält,
die kleiner sind als jene, von denen in der Literatur von Yoshikawa
et al. berichtet wird. Die Menge der Kohlenstoffcluster kann durch
Multiplizieren der Intensität
des Diamantpeaks im Raman-Spektrum mit 60 bestimmt werden, weil
die Intensität
des Kohlenstoffclusterpeaks im Raman-Spektrum das 60-fache im Vergleich zum
Diamantpeak ausmacht.
-
Beständigkeit
der Kontinuität
der Kristallstruktur
-
Gemäß dieser
Erfindung kann "die
Kontinuität
der Kristallstruktur im Verbundfilm" bestätigt werden durch die Tatsache,
daß der "FWHM-Wert des Peaks
bei 1510 cm–1 170
cm–1 oder
weniger ist".
-
Gemäß der Erfindung
zeigt der FWHM des Peaks bei 1510 cm–1 im
Raman-Spektrum das Ausmaß der Überlappung
der beiden Peaks (die ursprünglich
bei 1355 und 1590 cm–1 auftreten) an, d.h.
den Prozentsatz der Kohlenstoffcluster im Verbundfilm.
-
Die
folgenden drei Beobachtungen zeigen an, daß die Kontinuität der Kristallstruktur
im harten Kohlenstoffilm dieser Erfindung aufrechterhalten wird:
- (a) der FWHM-Wert des Diamantpeaks in der Nähe von 1333
cm–1 ist
6 cm–1 oder
mehr im Raman-Spektrum. Dies bedeutet, daß die Diamantbindung sp und
sp2-Bindungen in einem gewissen Ausmaß enthält.
- (b) der FWHM-Wert des Graphit (Kohlenstoffcluster)-Peaks bei
1510 cm–1 ist
170 cm–1 oder
weniger. Dies bedeutet, daß sich
die Masse des Graphits aus Kohlenstoffclustern zusammensetzt, wobei
die Bindung davon durch sp- und sp2-Bindungen
veranschaulicht wird.
- (c) Beobachtungen durch ein SEM zeigen, daß die Lücken zwischen den Diamantkörner mit
Kohlenstoffclustern ausgefüllt
werden.
-
Die
Kontinuität
der Kristallstruktur kann durch folgende Analogie erläutert werden:
Glas, das amorph ist, transmittiert Licht gut, weil es die Kontinuität der Kristallstruktur
aufweist, die frei von Löchern
oder Einkristallen ist. Diese Erläuterung ist die Interaktion
zwischen dem harten Kohlenstoffilm dieser Erfindung und den aktustischen
Oberflächenwellen
anwendbar.
-
Die "Kontinuität der Kristallstruktur" kann ebenfalls direkt
durch ein Bild durch SEM bestätigt
werden. Die anwendbaren Bedingungen und Beobachtungen durch SEM
sind unten gezeigt.
-
Anwendbare
Bedingungen und Beobachtungen durch SEM
-
Die
Beobachtungen werden unter Verwendung eines SEM S-800 von Hitachi
unter den Elektronenstrahl-erzeugenden Bedingungen von 5 kV und
10 µA
durchgeführt.
-
Die 18 bis 20 sind
SEM-Mikrofotos, die die polierte Oberfläche eines Diamantfilmes zeigen, der
keine Kohlenstoffcluster aufweist, erhalten durch CVD. Bei diesen
Mikrofotos macht das Fehlen der Kohlenstoffcluster zwischen den
Diamantkörnern
die Korngrenzflächen
deutlich weiß.
Die Diamantkörner
werden aufgeladen, wodurch Korngrenzen entfaltet werden.
-
Die 21 und 22 sind ähnliche
SEM-Mikrofotos eines harten Kohlenstoffilmes mit Kohlenstoffclustern
zwischen den Diamantkörnern,
d.h. dem harten Kohlenstoffilm dieser Erfindung. Bei diesem Mikrofoto führt das
Vorhandensein der Kohlenstoffcluster zwischen den Diamantkörnern zum
Verschwinden des Kontrastes an den Korngrenzflächen, weil die Kohlenstoffcluster
eine Kristallstruktur ähnlich
wie bei den Diamantkörner
aufweisen.
-
Merkmal eines harten Kohlenstoffilmes,
der auf einem Grundmaterial befestigt ist
-
1 ist
ein schematischer Querschnitt, der ein hartes Kohlenstoffsubstrat
mit einem harten Kohlenstoffilm zeigt, der auf einem Grundmaterial
befestigt ist. Unter Bezugnahme auf 1 umfaßt das harte
Kohlenstoffsubstrat ein Grundmaterial 2 aus einem Halbleitermaterial
beispielsweise und einen harten Kohlenstoffilm 3, der auf
dem Grundmaterial 2 befestigt ist.
-
Grundmaterial
-
Das
Grundmaterial 2 hat keine Beschränkungen bezüglich des Materials (Metalle,
Halbleiter, beispielsweise), Dicke und Oberflächenzustand (wie Rauhigkeit),
vorausgesetzt, daß der
harte Kohlenstoffilm 3 darauf befestigt werden kann. Mehr
spezifisch sind Halbleitermaterialien wie Si, SiC, GaAs und AlN
als Material angesichts der leichten Herstellung von Elektronikvorrichtungen
geeignet. Metalle wie Molybdän
und nicht-rostender Stahl können
ebenfalls verwendet werden.
-
Wenn
Si als Material für
das Grundmaterial 2 verwendet wird, ist es gewünscht, daß das Si-Grundmaterial
eine Ebenenorietierung von (100), (110) oder (111) aufweist. Von
diesen Orientierungen ist die Orientierung (100) bevorzugt, weil
die Spaltungsoberfläche
leicht erhältlich
ist.
-
Harter Kohlenstoffilm
-
Es
ist gewünscht,
daß der
harte Kohlenstoffilm 3, der auf das Basismaterial 2 befestigt
wird, die folgenden Bedingungen bezüglich des Anteils der Menge
zwischen dem graphitartigen Diamant und dem Kohlenstoffclustern
erfüllt: Ic/Id ≥ 4,worin
Id die integrierte Intensität
des Peaks des graphitartigen Diamants ist, wobei Id durch die Integration
des Raman-Spektrums über
dem Bereich von P1 ± 5
cm–1 bestimmt
wird, worin P1 die Raman-Verschiebung ist, bei der der Peakwert
liegt, wobei P1 im Bereich von 1333 bis 1335 cm–1 und
die Intensität
des Diamantpeaks in der Nähe
von 1333 cm–1 in
der Raman-Spektroskopie liegt.
-
Ic
ist die integrierte Intensität
des Peaks der Kohlenstoffcluster, wobei Ic durch die Integrierung
des Raman-Spektrums über
den Bereich von P2 ± 35
cm–1 bestimmt
wird, wobei P2 die Raman-Verschiebung ist, bei der der Peakwert
liegt, wobei P2 im Bereich von 1500 bis 1520 cm–1 liegt.
-
Peak, der dem kristallinen
Diamant entspricht
-
Der
harte Kohlenstoffilm 3 entfaltet den Peak, der den kristallinen
Diamanten in der Röntgenbeugung entspricht.
Ein Beispiel eines solchen Röntgenbeugungsspektrums
ist in 2 gezeigt.
-
Bei
der oben erwähnten
Röntgenbeugung
sind die unten beschriebenen Bedingungen für die Bestimmung der Ebene,
die parallel zum Grundmaterial liegt (eine Hauptebene auf der Oberfläche) durch
das 2 θ-θ-Verfahren
geeignet.
-
Bedingungen der Röntgenbeugung:
-
- Röntgenrohr:
Umdrehendes Kathodenpaar-Röntgenrohr
- Röntgenbeugungsanlage:
Von Rigakusha, Warenname RINT-1500
- Target: Cu-Target
- Rohrspannung: 50 kV und
- Rohrstrom: 32 mA
-
Messungen
von 25 bis 145° werden
durch das 2 θ-θ-Verfahren
unter diesen Bedingungen durchgeführt, unter Erhalt der Intensität der Peaks,
die den (111), (220), (311), (400) und (311) Ebenen von Diamant entsprechen,
so daß das
Vorhandensein dieser Ebenen sichergestellt werden kann.
-
Vorhandensein
oder Abwesenheit von Diamantpeaks
-
Die
Intensität
der oben beschriebenen Diamantpeaks wird als Wert bezüglich der
Referenzintensität von
10 des Hintergrundniveaus im Röntgenbeugungsspektrum
ausgedrückt,
erhalten durch obige Analyse. Wenn die relative Intensität eines
Peaks 10 000 oder mehr ist, wird der Peak als vorhanden angesehen.
-
Die
Peakintensität
wird durch die unten beschriebene Vorgehensweise bestimmt. Beispielsweise
wird die Peakintensität,
die der (111) Ebene entspricht, durch Integration des Röntgenbeugungsergebnisses über dem
Bereich von P3 ± 1° bestimmt,
worin P3 der Beugungswinkel ist, bei dem der Peakwert liegt, P3
im Bereich von 43 bis 46° liegt.
Der Wert, der durch die Integration erhalten wird, wird als I(111)
ausgedrückt.
-
Gleichermaßen wird
die Intensität
des Peaks, der der (220) Ebene entspricht, durch Integration des Röntgenbeugungsergebnisses über den
Bereich von P4 ± 1° bestimmt,
worin P4 der Beugungswinkel ist, bei dem der Peakwert liegt; wobei
P4 im Bereich von 73 bis 76° liegt.
Der durch Integration erhaltene Wert wird als I (220) ausgedrückt. Erfindungsgemäß ist es
gewünscht,
daß das
Verhältnis
der integrierten Intensität I(111)/I(220)
0,3 oder weniger, bevorzugt zwischen 0,05 und 0,2 inklusive ist,
ausgedrückt
als Anteil der Menge zwischen dem graphitartigen Diamant und den
Kohlenstoffclustern.
-
Raman-Spektroskopie
-
Der
harte Kohlenstoffilm 3 entfaltet ein FWHM von 6 cm–1 oder
mehr, wenn der FWHM-Wert des Diamantpeaks in der Nähe von 1333
cm–1 bei
der Raman-Spektroskopie mit der Lorentz-Resonanzkurve passend gemacht wird.
Der harte Kohlenstoffilm 3 hat ebenfalls den Peak der Kohlenstoffcluster
in der Nähe
von 1515 cm–1 bei
der Raman-Spektroskopie. Der Ausdruck "passend mit der Lorentz-Resonanzkurve" hat die Bedeutung,
daß eine
Anpassung entsprechend der Lorentz-Theorie erfolgt. Dieser Vorgang
basiert auf der Tatsache, daß das
Ramanlicht, das durch Gittervibrationen (Phononen) von Atomen oder
Molekülen
in einem Feststoff gestreut wird, im allgemeinen in einer Formel
vom Lorentz-Typ ausgedrückt
wird.
-
Während einkristalline
Diamanten typischerweise ein FWHM des Diamantpeaks von 3 cm–1 oder
weniger aufweisen, hat der Diamant ein FWHM von 6 cm–1 oder
mehr, wie oben beschrieben. Dies legt nahe, daß dies ein Diamant ähnlich wie
Graphit ist.
-
Es
ist wesentlich, daß das
Verhältnis
der Peak-Intensität
Ic/Id 4 oder mehr ist, wobei Ic die Peakintensität der Kohlenstoffcluster ist
und Id der Diamant ist, ausgedrückt als
Propagationsverlust bei SAW-Filtern, die den harten Kohlenstoffilm
dieser Erfindung enthalten. 3 zeigt
die Definition, die erfindungsgemäß verwendet wird, des Integrationsbereiches
beim Raman-Spektrum für
den Erhalt der Intensitäten
Ic und Id.
-
Graphit
hat ursprünglich
zwei Peaks, einen bei 1580 cm 1 und den
anderen bei 1355 cm 1 bei der Raman-Spektroskopie. Es ist jedoch
bekannt, daß dann,
wenn der Kristall infinitesimal wird, die beiden Peaks sich in einen
bei 1510 cm–1 umwandeln.
Wie oben beschrieben, hat der harte Kohlenstoffilm 3 dieser
Erfindung den Peak nur bei 1510 cm–1.
Dies zeigt, daß der
harte Kohlenstoffilm 3 Kohlenstoffcluster umfaßt, die
infinitesimal sind, wodurch ermöglich
wird, daß sie
in die Lücken
zwischen die Diamantkörner
gefüllt
werden.
-
Die
Lorentz-Angleichung zeigte, daß die
Größenordnung
von FWHM des Peaks der Kohlenstoffcluster 170 cm–1 oder
weniger ist (die Größenordnung
von FWHM zeigt das Ausmaß der Überlappung
der beiden Peaks an, den einen bei 1580 cm–1 und
den anderen bei 1355 cm–1). Die zeigt ebenfalls,
daß der
harte Kohlenstoffilm 3 Kohlenstoffcluster umfaßt, die
infinitesimal sind, wodurch ermöglicht
wird, daß sie
in die Lücken zwischen
die Diamantkörner
gefüllt
werden. Wegen einer solchen spezifischen Struktur manifestiert der
harte Kohlenstoffilm 3 die Eigenschaft des geringen Propagationsverlustes
der Oberflächenwellen.
-
Unter
Bezugnahme auf 3 enthält, wenn das Verhältnis der
Peakintensität
der Kohlenstoffcluster zu der des Diamantes Ic/Id 4 oder mehr ist,
der harte Kohlenstoffilm 3 Kohlenstoffcluster in einem
gewissen Ausmaß.
wenn das Verhältnis
Ic/Id weniger als 4 ist, neigen die Eigenschaften der akustischen
Oberflächenwellen
zur Zerstörung,
wodurch insbesondere Propagationsverluste erhöht werden.
-
Bei
Berechnung aufgrund des Raman-Spektrums ist die relative Intensität des Kohlenstoffclusterbestandteils
etwa das 60-fache
im Vergleich zum Diamantbestandteil. Wenn folglich das Verhältnis der
relativen Intensität
der Kohlenstoffkluster zu der des Diamanten 4 oder mehr
ist, ist der Prozentsatz der Kohlenstoffcluster 6,6 % oder mehr.
Angesichts der Fehlerbreite kann gesagt werden, daß der harte
Kohlenstoffilm 3 etwa 5 % oder mehr an Kohlenstoffclustern enthält.
-
Die
genannte Raman-Spektroskopie kann geeignet unter folgenden Bedingungen
durchgeführt
werden:
-
Bedingungen der Raman-Spektroskopie:
-
- Analyseverfahren: Raman-Streuverfahren; Raman- Spektroskopiesystem:
DILOR, Warenname: XY, Lichtquelle: Argonlaser mit einer Wellenlänge von
457,92 nm, Warenname: NEC GLG3200; Ausstoß: 250 mW × 10 (mikroskopische Raman-Spektroskopie), Fokus:
auf der Oberfläche
des harten Kohlenstoffilmes zu fokussieren.
-
Oberflächenrauhigkeit
-
Es
ist gewünscht,
das der harte Kohlenstoffilm eine Oberflächenrauhigkeit (Unebenheit)
von 10 nm oder weniger ausgedrückt
als Reduktion, aufweist, die durch Brüche bei der Leitung verursacht
wird.
-
Erfindungsgemäß wird der
Ausdruck "Ra" gemäß dem japanischen
Industriestandard JIS B-0601 zum Ausdrücken der Oberflächenrauhigkeit
verwendet. Die Oberflächenrauhigkeit
Ra kann geeignet durch folgenden Vorgang gemessen werden:
-
Vorgang zum Messen der
Oberflächenrauhigkeit:
-
- (a) Eine gemessene Länge von 10 µm wird durch Verwendung einer
Vorrichtung zum Messen der durchschnittlichen Mittellinienrauhigkeit
verwendet.
- (b) Die Profilkurve wird bei der Mittellinie umgedreht.
- (c) Die Fläche,
die von der Profilkurve umgeben wird, und die Mittellinie werden
durch die gemessene Länge
von 10 µm
dividiert.
- (d) Der erhaltene Wert wird in µm ausgedrückt.
-
Korngröße
-
Es
ist gewünscht,
daß der
harte Kohlenstoffilm 3 eine Korngröße aufweist, die vergleichbar
oder geringer ist als die Wellenlänge des zu verwendenden SAW,
ausgedrückt
als Propagationsverlust, wenn er in SAW-Vorrichtungen verwendet
wird. Mehr spezifisch ist es gewünscht,
daß die
Korngröße etwa
1,0 × λ oder weniger
ist, wenn die Wellenlänge
des zu verwendenden SAW durch λ ausgedrückt wird,
bevorzugt etwa 4/5 × λ oder weniger.
-
Erfindungsgemäß kann die
Korngröße geeignet
durch folgenden Vorgang gemessen werden:
-
Vorgang zum Messen der
Korngröße:
-
- (a) Eine Probe des harten Kohlenstoffilmes 3,
die 10 × 10 × 0,3 mm
ausmacht, wird hergestellt.
- (b) Die Probe wird 1 Stunde in der Atmosphäre bei 700°C vergütet.
- (c) Die Oberfläche
des harten Kohlenstoffilmes wird durch ein SEM bei 5000-facher Leistung
beobachtet.
- (d) Die Größenordnung
der Diamantkörner
wird gemessen, zum Berechnen des Durchschnittswertes.
-
Thermische
Leitfähigkeit
-
Erfindungsgemäß ist es
gewünscht,
daß der
harte Kohlenstoffilm eine thermische Leitfähigkeit von 2 bis 15 W/cmK,
ausgedrückt
als Ableitungseigenschaft der vollendeten SAW-Vorrichtung aufweist.
-
Erfindungsgemäß kann die
thermische Leitfähigkeit
geeignet beispielsweise durch das bekannte Laser-Flashverfahren
gemessen werden.
-
Erfindungsgemäß hat das
Verfahren zum Wachsen des harten Kohlenstoffilmes keine besonderen
Beschränkungen.
Mehr spezifisch kann das folgende bekannte Wachstumsverfahren angewandt
werden: chemisches Dampfniederschlag(CVD)-Verfahren, Mikrowellenplasma-CVD-Verfahren,
Plasmastrahlverfahren, Flammverfahren und Heißfilamentverfahren.
-
Piezoelektrische
Schicht
-
Erfindungsgemäß kann,
falls erforderlich, eine piezoelektrische Schicht 4 auf
dem harten Kohlenstoffilm 3 gebildet werden, wie in dem
schematischen Querschnitt gemäß 5 gezeigt
ist. Die folgenden bekannten piezoelektrischen Körper können als piezoelektrische Schicht
ohne spezifische Beschränkungen
verwendet werden: ZnO, LiNbO3, LiTaO3, Kristall, etc.
-
Die
Dicke der piezoelektrischen Schicht sollte entsprechend der Art
des verwendeten piezoelektrischen Körpers und den erforderlichen
Eigenschaften der SAW-Vorrichtung entschieden werden; die erforderlichen
Eigenschaften umfassen die zentrale Frequenz, die relative Bandbreite
und die Temperatureigenschaften.
-
Das
Verfahren zur Bildung der piezoelektrischen Schicht 4 hat
keine speziellen Beschränkungen. Mehr
spezifisch können
die folgenden bekannten Verfahren ohne spezifische Beschränkungen
verwendet werden: CVD-Verfahren, Mikrowellenplasma-CVD-Verfahren, physikalisches
Dampfniederschlagsverfahren(PVD), Sputtertechnik und Ionenplattierverfahren.
Von diesen Verfahren ist das Sputterverfahren, insbesondere das
RF-Magnetronsputterverfahren
vorteilhaft bezüglich
der Gleichmäßigkeit,
Massenproduktivität und
piezoelektrischen Eigenschaften.
-
Merkmal einer
SAW-Vorrichtung
-
4 ist
ein schematischer Querschnitt eines harten Kohlenstoffsubstrates
mit dem harten Kohlenstoffilm 3, der auf einem Grundmaterial 2 beispielsweise
aus Silicium befestigt ist. Wie in 4 ersichtlich
ist, hat der harte Kohlenstoffilm 3 Kohlenstoffcluster 3b in
den Lücken
zwischen den graphitartigen Diamantkörner 3a.
-
5 ist
ein schematischer Querschnitt, der ein Merkmal der Erfindung der
Schichtkonfiguration in einer SAW-Vorrichtung 7 mit einem Substrat 6 zeigt,
das den harten Kohlenstoffilm 3 enthält. Bei diesem Merkmal ist
eine bekannte piezoelektrische Schicht 4 auf dem harten
Kohlenstoffsubstrat gemäß 4 befestigt, unter
Erhalt des SAW-Substrates 6 dieser Erfindung. Die Elektroden 5 werden
auf der piezoelektrischen Schicht 4 vorgesehen.
-
Diese
Erfindung wird weiter spezifisch durch die unten gezeigten Beispiele
erläutert.
-
Beispiel 1
-
Ein
harter Kohlenstoffilm mit einer Dicke von 30 µm wird auf der (100) orientierten
Oberfläche
eines Si-Grundmaterials mit einer Dicke von 350 µm unter Verwendung der Filament-CVD-Anlage gemäß 6 gebildet.
Die beim CVD-verwendeten Bedingungen sind die folgenden:
-
Bedingungen des Filament-CVD-Verfahrens:
-
- Abstand zwischen dem Wolframfilament und dem Si-
- Grundmaterial: 50 mm
- Druck: 10 Torr (eine Glashaube wurde durch eine Vakuumpumpe
evakuiert, um den Druck im Inneren im Bereich von etwa 10 bis 200
Torr zu halten).
- CH4-Fließrate: 50 SCCM (Standardkubikzentimeter
pro Minute)
- Fließrate
von H2: 1000 SCCM
- Filamenttemperatur: etwa 2100°C
(Pulverzufuhr für
das Filament wurde eingestellt, um diese Temperatur zu halten)
- Temperatur des Basismaterials: etwa 750°C
(Kühlwassertemperatur wurde eingestellt,
um diese Temperatur sicherzustellen)
-
Die
Oberfläche
des erhaltenen harten Kohlenstoffilmes wurde durch ein SEM mit einer
Leistung von 3000 beobachtet. Die resultierende Korngröße war mehrere
10 µm.
Die Röntgenbeugung
(unter Verwendung eines Cu-Kolbens und θ-2 θ-Abtastverfahrens) auf dem harten Kohlenstoffilm
zeigte das Vorhandensein der Diamantpeaks bei folgenden Winkel an:
43,8° entsprechend
der (111)-Ebene
75,8° entsprechend
der (220)-Ebene
90,8° entsprechend
der (311)-Ebene
119,7° entsprechend
der (400)-Ebene und
140,8° entsprechend
der (331)-Ebene.
-
Acht
harte Kohlenstoffsubstrate wurden vorgesehen, die eine harte Kohlenstoffilm/Si-Grundmaterial-Struktur
aufwiesen, erzeugt durch die oben beschriebenen Bedingungen. Die
Intensität
des Peaks, der der (111)-Ebene entspricht, wurde durch Integration
des Röntgenbeugungsergebnisses über den
Bereich von P3 ± 1° bestimmt,
wobei P3 der Beugungswinkel ist, bei dem der Peakwert liegt; wobei
P3 im Bereich von 43 bis 46° liegt.
Der durch Integration erhaltene Wert wird als I(111) ausgedrückt. Gleichermaßen wurde
die Intensität des
Peaks, der der (220)-Ebene entspricht, durch Integration des Röntgenbeugungsergebnisses über den
Bereich von P4 ± 1° bestimmt,
wobei P4 der Beugungswinkel ist, bei dem der Peakwert liegt; wobei
P4 im Bereich von 73 bis 76° liegt.
Der durch Integration erhaltene Wert wird als I(220) ausgedrückt. Die
Werte des Verhältnisses
der integrierten Intensität
(I(111)/I(220) für
die individuellen Substrate sind alle unterhalb von 0,3, wie in
7 und
in Tabelle 1 gezeigt ist. Tabelle
1
-
Das
Raman-Spektrum, erhalten durch Verwendung eines Argonlasers, zeigte
einen verhältnismäßig niedrigen
Peak bei 1333 cm–1 (Intensität Id) und
einen breiten Peak, der in dem Raman-Verschiebungsbereich von 1530
bis 1650 cm–1 existiert (Intensität Ic). Das
Verhältnis
der integrierten Intensität
Ic/Id war 5.
-
Die
Oberfläche
des erhaltenen harten Kohlenstoffilmes wurde mit einer Mahlscheibe
mit natürlichen Diamantabriebsstoffen
(Korngröße 5 bis
20 µm)
poliert, unter Erhalt einer Oberflächenrauhigkeit Ra von 20 nm.
-
1. Bildung
der piezoelektrischen Schicht
-
Eine
ZnO-Schicht mit einer Dicke von 1050 nm wurde auf den Proben A und
B (harter Kohlenstoffilm/Si-Grundmaterial-Aufbau) durch RF-Sputtertechnik unter
folgenden Bedingungen gebildet:
-
Bedingungen
zur Bildung der ZnO-piezoelektrischen Schicht
-
- Substrat: harter Kohlenstoffilm/Si-Grundmaterial,
Proben A und B,
- Target: ZnO-Sinterkörper,
- RF-Leistung: 500 W (Frequenz: 13,56 MHz),
- Reaktionsgas: Typ: Ar + O2, Ar: O2 = 1:1, Fließrate: 50 SCCM,
- Gasdruck: 20,0 Pa,
- Temperatur für
die Schichtbildung (Substrattemperatur): 150°C,
- Rate der Schichtbildung: 5 nm/min,
- Dicke der Schicht: 1050 nm.
-
Zno/harter
Kohlenstoff/Si-Verbundmaterialien wurden unter diesen Bedingungen
erhalten.
-
2. Bildung einer Al-Schicht
-
Eine
Al-Schicht mit einer Dicke von 870 nm für Elektroden wurde auf die
ZnO-Schicht durch DC-Sputtertechnik gebildet.
-
Bedingungen zur Bildung
der Al-Schicht:
-
- DC-Sputterleistung: 1,0 kW
- Reaktionsgas: Argongas, Fließrate: 50 SCCM,
- Gasdruck: 1,0 Pa,
- Temperatur für
die Schichtbildung (Substrattemperatur): Raumtemperatur,
- Dicke der Aluminiumschicht: 80 nm.
-
Al/ZnO/harter
Kohlenstoff/Si-Verbundmaterialien wurden unter diesen Bedingungen
erhalten.
-
3. Bildung der interdigitalen
Transducer (IDT)
-
IDT
mit den folgenden Parametern wurden durch Entfernung eines Teils
der Aluminiumschicht durch Photolithographie gebildet.
-
Parameter der IDT:
-
- Elektrodenlinienlänge:
0,8 µm
(Mittelfrequenz: 1,75 GHz), Anzahl der Paare von IDT: 40 Paare doppelte
IDT (normaler TYP).
- IDT-Öffnungslänge: 50 × Wellenlänge (Wellenlänge λ ist das
8-fache der Elektrodenlinienlänge, λ = 6,4 µm),
- I/O IDT-Mittelabstand: 50 × Wellenlänge.
-
Das
oben beschriebene Formgebungsverfahren für die Al-Elektroden/ZnO-Schicht/harter Kohlenstoffschicht/Si-Grundmaterial-Verbundmaterialien
ist durch die schematischen Querschnitte gemäß 8(a) bis 8(e) dargestellt.
-
9 erläutert das
Muster der IDT. Wie in 9 dargestellt, sind enge Elektrodenstücke auf
einer Zwei-an-Zwei-Basis
angeordnet. Weil 4 Stücke
einer Wellenlänge
entsprechen und die Blankoprobe die gleiche Länge wie das enge Stück der Elektrode
hat, ist das 8-fache der Elektrodenlinienlänge gleich zu der Wellenlänge. Die
SAW-Vorrichtung
hat zwei Sätze
von IDT-Paaren, eines auf der rechten Seite und das andere auf der
linken Seite. Ein Satz von IDT-Paaren setzt sich auf 40 Paaren zusammen.
Auf diese Weise wurden SAW-Vorrichtungen mit einer Querschnittsstruktur
wie in 8(e) gezeigt, gebildet.
-
Ein
Vektornetzwerkanalysator (HP8753c) wurde zum Messen der Propagationsverluste
und der Umwandlungsverluste verwendet. Die Hochfrequenzleistung
mit einer Frequenz von 1 bis 2 GHz wurde entlang den Elektroden
auf einer Seite auferlegt, unter Erhalt von S (Streuungsparametern),
indem die Inputleistung und die Leistung gemessen wurden, die entlang
den Elektroden auf der anderen Seite auftreten. S11 bedeutet die
reflektierte Leistung, die entlang der Elektroden 1 auftritt,
wenn die Leistung entlang der gleichen Elektroden 1 auferlegt
wird. S22 bedeutet die reflektierte Leistung, die entlang der Elektroden 2 auftritt,
wenn die Leistung entlang der gleichen Elektroden 2 auferlegt.
S21 bedeutet die übertragene
Leistung, die entlang der Elektrode 1 auftritt, wenn die
Leistung entlang der Elektroden 2 auf der anderen Seite
auferlegt wird. S12 bedeutet die transferierte Leistung, die entlang
der Elektroden 2 auftritt, wenn die Leistung entlang der
Elektroden 1 auf der anderen Seite auferlegt wird.
-
10 zeigt
S12. Die Abszissenachse bedeutet die Frequenz. Die Ordinatenachse
bedeutet die Leistung des zu den Elektroden 2 transferierten
Signals, wobei die Leistung in dB ausgedrückt wird. Die transferierte
Leistung zeigt einen Peak (–8,2
dB) bei 1,78 GHz. Die Wellenlänge λ wird durch
die Elektroden bestimmt. Die Geschwindigkeit V der akustischen Wellen
wird bestimmt durch die Tatsache, daß das Medium Diamant ist. Daher
wird die transferierbare Frequenz F = V/λ bestimmt. Dieser Wert ist 1,78
GHz. Die transferierte Leistung ist –8,2 dB bei dieser Frequenz.
Der Leistungs verlust umfaßt
alle Verluste wie Widerstandsverlust bei den Elektroden, Verlust,
der von der bidirektionalen Propagation des Signals resultiert und
den Umwandlungsverlust. Der Propagationsverlust wird erhalten durch
Subtrahieren dieser Verluste von dem Gesamtverlust von 8,2 dB.
-
Der
Widerstandsverlust kann aufgrund der Tatsache berechnet werden,
daß die
Aluminiumelektroden eine Dicke von 80 nm und eine Länge von
0,5 µm
haben; das Ergebnis ist 1,0 dB. Der bidirektionale Verlust ist 6
DB; der Verlust wird durch Halbieren der Leistung wegen der bidirektionalen
Propagation verursacht. 11 zeigt
S11; 12 zeigt S22. Der Umwandlungsverlust wird aufgrund
des Verluste (0,3 dB) beim flachen anderen Bereich als dem Bereich
bei 1,78 GHz in S11 und S22 festgestellt. Weil der Verlust bei beiden Elektroden
verursacht wird, ist der gesamte Umwandlungsverlust 0,6 dB. Weil
der gesamte Verlust bei den Elektroden 7,6 dB ist, ist ersichtlich,
daß der
Propagationsverlust nur 0,6 dB ist, weil 7,6 = 0,6 dB.
-
Der
Propagationsverlust ist ein Verlust, erzeugt während der Propagation eines
Signals zwischen den entgegengesetzten Elektroden. Weil der Mittelabstand
zwischen den entgegengesetzten Elektroden das 50-fache der Wellenlänge ist,
ist der Verlust pro Wellenlänge
0,012 dB, weil 0,6 dB/50 = 0,012 dB. Dies ist ein sehr kleiner Wert,
wenn berücksichtigt
wird, daß die
Frequenz 1,8 GHz ist. Dies demonstriert die Ausgezeichnetheit der
Vorrichtung, die das SAW-Substrat dieser Erfindung verwendet.
-
Die
erhaltenen harten Kohlenstoffilme wurden durch Raman-Spektroskopie mit
einem Argonlaser mit einer Oszillationswellenlänge von 457,92 nm erhalten,
was verschieden ist von der üblicherweise
verwendeten Wellenlänge
von 514,5 nm. Ein Beispiel der Ergebnisse ist in 13 gezeigt.
Wie in dem Diagramm ersichtlich ist, wurden nur ein Diamantpeak
in der Nähe
von 1333 cm–1 und
ein Peak in der nähe
von 1515 cm–1 beobachtet.
Das Anpassen des Diamantpeaks durch die Lorentz-Resonanzkurve ergab,
daß der
Peak ein FWHM von 7 cm–1 hatte. Mit anderen
Worten demonstrieren die Ergebnisse, daß die harten Kohlenstoffilme
eine Verbundstruktur von graphitartigem Diamant und Kohlenstoffclustern
aufweisen.
-
Beispiel 2
-
Fünf harte
Kohlenstoffsubstrate wurden durch Ändern der Bedingungen zur Bildung
des harten Kohlenstoffilmes von Beispiel 1 hergestellt, um den Prozentsatz
der Kohlenstoffcluster und die Eigenschaft des harten Kohlenstoffilmes
zu ändern,
wobei die anderen Bedingungen unverändert blieben. Insbesondere
wurde das Verhältnis
der Methan-Konzentration zur Wasserstoff-Konzentration geändert und
variierte von 0,5 bis 3 %. Individuelle erhaltene Substrate haben
einen harten Kohlenstoffilm mit einer Dicke von 20 µm oder
mehr, wodurch sich erweist, daß sie
in der Lage sind, als Substrate für SAW-Vorrichtungen zu dienen.
-
Detaillierte
Bedingungen zur Bildung der harten Kohlenstoffilme sind in Tabelle
2 gezeigt. Tabelle
2
-
Die
harten erhaltenen Kohlenstoffsubstrate (5 Arten) wurden durch Raman-Spektroskopie
untersucht. Das Angleichen des Diamantpeaks in der Nähe von 1333
cm–1 durch
die Lorentz-Resonanzkurve
wurde durchgeführt,
unter Erhalt von FWHM des Peaks.
-
Wie
bei Beispiel 1 wurden SAW-Vorrichtungen (5 Arten auf den harten
Kohlenstoffsubstraten erzeugt, zum Messen des Propagationsverlustes.
Die erhaltene Beziehung zwischen FWHM des Diamantpeaks und dem Propagationsverlust
ist in 14 gezeigt. Wie aufgrund von 14 ersichtlich,
entfalten SAW-Vorrichtungen mit einem FWHM des Diamantpeaks von
6 cm–1 oder
mehr einen gewünschten
niedrigen Propagationsverlust.
-
Das
Anpassen durch die Lorentz-Resonanzkurve zeigte ebenfalls die exakte
Position der Diamantpeaks auf der Raman-Verschiebungsskala. Die erhaltene Beziehung
zwischen der Position des Diamantpeaks und dem Propagationsverlust
ist in 15 gezeigt.
-
Das
Anpassen des Kohlenstoffclusterpeaks in der Nähe von 1515 cm–1 durch
die Lorentz-Resonanzkurve wurde ebenfalls durchgeführt, unter
Erhalt von FWHM des Peaks. Die erhaltene Beziehung zwischen FWHM
des Kohlenstoffclusterpeaks und dem Propagationsverlust ist in 16 gezeigt.
Wie in 16 ersichtlich ist, entfalten
SAW-Vorrichtungen mit einem FWHM des Kohlenstoffclusterpeaks von
170 cm–1 oder
weniger den gewünschten
niedrigen Propagationsverlust.
-
Die
integrierte Intensität
Ic der Kohlenstoffcluster wurde durch die Integration des Raman-Spektrums über den
Bereich von P2 ± 35
cm–1 bestimmt,
wobei P2 die Raman-Verschiebung ist, bei der der Peakwert liegt;
wobei P2 in der Nähe
von 1515 cm–1 liegt.
Gleichermaßen
wurde die integrierte Intensität
Id der Diamanten durch die Integration des Raman-Spektrums über den Bereich von P1 ± 5 cm–1 bestimmt,
wobei P1 die Ramanverschiebung ist, bei der der Peakwert liegt;
wobei P1 in der Nähe
von 1333 cm–1 liegt.
Folglich wurde das Verhältnis
der integrierten Intensität
Ic/Id berechnet. Die erhaltene Beziehung zwischen Ic/Id und dem
Propagationsverlust ist in 17 gezeigt.
Wie in 17 ersichtlich ist, entfalten
SAW-Vorrichtungen mit einem Ic/Id-Verhältnis
von 4 oder mehr den gewünscht
niedrigen Propagationsverlust.
