KR20190013896A - 주입 그리고 기판으로부터 분리에 의해 얻어진 층 내의 결함들을 치유하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조성 ABO3의 층(10) 내의 결함들을 치유하는 방법에 관한 것으로서, A는 Li, Na, K, H, Ca, Mg, Ba, Sr, Pb, La, Bi, Y, Dy, Gd, Tb, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Ho, Zr, Sc, Ag, Tl으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 구성되고, B는 Nb, Ta, Sb, Ti, Zr, Sn, Ru, Fe, V, Sc, C, Ga, Al, Si, Mn, Zr, Tl으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 구성되며, 상기 층(10)은, 이온 종들이 상기 층을 묘사하는 취약화 영역을 형성하도록 조성 ABO3의 기판(100)으로 주입되고, 이어서 상기 기판이 도너 기판의 나머지로부터 분리된 층(10)을 얻기 위하여 상기 취약화 영역을 따라 분리되는, 층 전사 방법에 의해 얻어지며, 상기 방법은 상기 층(10)을 구성요소 원소 A의 이온들을 함유하는 매체(M)에 노출시켜서 상기 이온들이 전사되는 층으로 침투하게 하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은, 주입에 뒤이어 기판으로부터 분리를 포함하는 방법에 의해 얻어지는 조성물 ABO3의 층에서 결함들을 치유하는 방법, 그리고 특히 마이크로전자, 광자, 또는 광학 소자에 대한 응용을 위하여 이러한 층을 생산하는 방법에 관한 것으로서, 여기서 A는 Li, Na, K, H, Ca, Mg, Ba, Sr, Pb, La, Bi, Y, Dy, Gd, Tb, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Ho, Zr, Sc, Ag, Tl으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 구성되며, B는 Nb, Ta, Sb, Ti, Zr, Sn, Ru, Fe, V, Sc, C, Ga, Al, Si, Mn, Zr, Tl으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 구성된다. 본 발명은 또한 벌크 탄성파 소자 및 이러한 층을 포함하는 표면 탄성파 소자에 관한 것이다.
무선 주파수 도메인에서 필터링에 사용되는 음향 구성 요소들 중에서, 두 가지 주요 범주의 필터들이 구별될 수 있다:
- 한편으로는, 표면 탄성파(SAW) 필터들;
- 다른 한편으로는, 벌크 탄성파(BAW) 필터들 및 공진기들.
이러한 기술에 대한 리뷰를 위해, W.Steichen과 S.Ballandras의 논문,""Composants acoustiques utilisιs pour le filtrage - Revue des diff ιrentes technologies", Techniques de l'Ingιnieur , E2000, 2008가 참조가 될 수 있다.
표면 탄성파 필터들은 전형적으로 두꺼운 압전 층(즉, 일반적으로 수백 ㎛의 두께) 및 상기 압전 층의 표면 상에 퇴적된 2개의 맞물린 금속 빗들 형태의 2개의 전극들을 포함한다. 전극에 인가되는 전기적 신호, 전형적으로 전압의 변화는 압전 층의 표면 상에 전파되는 탄성파로 변환된다. 파동의 주파수가 필터의 주파수 범위에 부합하는 경우라면 이 탄성파의 전파는 유리하게 된다. 이 파동은 다른 전극에 도달하면 다시 전기 신호로 변환된다.
그들에 관한 한 벌크 탄성파 필터들은 전형적으로 얇은 압전 층(즉, 일반적으로 1㎛ 미만의 두께) 및 상기 얇은 층의 각각의 주 표면 상에 배치된 2개의 전극들을 포함한다. 전극에 인가되는 전기적 신호, 전형적으로 전압의 변화는 압전 층을 통해 전파되는 탄성파로 변환된다. 파동의 주파수가 필터의 주파수 범위와 부합하는 경우 이 탄성파의 전파는 유리하게 된다. 이 파동은 반대쪽 면에 위치한 전극에 도달할 때 다시 전압으로 변환된다.
표면 탄성파 필터들의 경우, 압전 층은 표면파의 감쇠를 야기하지 않도록 우수한 결정질을 가져야만 한다. 따라서 여기서는 단결정 층을 사용하는 것이 바람직할 것이다. 현재, 공업적으로 사용될 수 있는 적합한 재료들은 쿼츠, LiNbO3 또는 LiTaO3이다. 압전 층은 상기 재료들 중 하나의 잉곳으로부터 절단함으로써 얻어지며, 상기 층의 두께에 요구되는 정밀도는 상기 파들이 본질적으로 그 표면 상에서 전파되어야 하는 한 중요하지 않다.
벌크 탄성파 필터들의 경우, 압전 층은 층의 전체에 걸쳐 균일한 결정된 두께를 가져야 하며, 정확하게 제어된 방식으로 되어야 한다. 다른 한편으로, 그런 이유로 결정 품질은 필터의 성능들에 대한 중요성의 파라미터들의 두 번째로 넘어가며, 현재는 결정 품질과 관련하여 타협들이 이루어졌으며, 다결정 층이 오랜 기간 동안 허용가능한 것으로 간주되어 왔다. 따라서, 압전 층은 지지 기판(예를 들어, 실리콘 기판) 상에 퇴적됨으로써 형성된다. 현재, 이러한 퇴적을 위해 공업적으로 사용되는 물질들은 AlN, ZnO 및 PZT이다.
따라서 양쪽 기술들 모두에서 재료들의 선택이 매우 제한적이다.
그러나 재료의 선택은 필터 제조사의 사양들의 기능에 따라 필터의 상이한 속성들 사이의 타협으로부터 얻어진다.
벌크 탄성파 필터들 또는 표면 탄성파 필터들의 치수화에 있어서 더욱 자유를 제공하기 위해, 위에 열거된 재료들보다 더 많은 재료들을 사용할 수 있는 것이 바람직할 것이다. 특히, 표면 탄성파 필터들에 전통적으로 사용되는 물질들은 벌크 탄성파 필터들에 대한 흥미로운 대안이 될 수 있다.
그러나 이것은 우수한 품질의 이러한 재료들의 얇고 균일한 층을 얻을 수 있다는 것을 부여한다.
제1 가능성은 연마 및/또는 에칭 기술들에 의해 잉곳들로부터 절단된 두꺼운 층을 얇게 하는 것이다. 그러나, 이러한 기술들은 재료의 상당한 손실을 초래하며, 요구되는 균일성을 갖는 수백 나노미터 두께의 층을 얻는 것을 가능하지 못하게 한다.
제2 가능성은 전사하기 위한 얇은 층을 묘사하기 위하여 LiNbO3 또는 LiTaO3의 도너 기판 내에 취약화 영역을 생성함으로써, 그리고 상기 얇은 층을 지지 기판 상으로 전사하기 위해 상기 취약화 영역을 따라 상기 도너 기판을 분리함으로써 스마트 컷TM 타입의 층 전사를 구현하는 것일 것이다. 그러나, 도너 기판 내에 이온 주입함으로써 취약화 영역을 생성하는 것은 전사되는 층을 손상시키며, 그 압전 특성을 저하시킨다. 실리콘 층들을 전사하기 위한 공지된 치유 방법들(특히 어닐링)은 상기 층의 복잡한 결정 구조 및 실리콘에 개재하는 것들과 상이한 듯한 손상 메커니즘들로 인하여 상기 압전 층을 항상 완전히 수리할 수 있는 것은 아니다.
본 발명의 하나의 과제는 ABO3 타입 기판에서 스마트 컷TM 방법의 구현과 관련된 보다 효율적인 결함들을 치유할 수 있는 방법을 고안하는 것이다.
본 발명에 따라, 조성 ABO3의 층 내의 결함들을 치유하는 방법이 제안되었으며, 여기서 A는 Li, Na, K, H, Ca, Mg, Ba, Sr, Pb, La, Bi, Y, Dy, Gd, Tb, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Ho, Zr, Sc, Ag, Tl으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 구성되고, B는 Nb, Ta, Sb, Ti, Zr, Sn, Ru, Fe, V, Sc, C, Ga, Al, Si, Mn, Zr, Tl으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 구성되며, 상기 층은, 이온 종들이 상기 층을 묘사하는 취약화 영역을 형성하도록 조성 ABO3의 기판으로 주입되고, 이어서 상기 기판이 도너 기판의 나머지로부터 분리된 층을 얻기 위하여 상기 취약화 영역을 따라 분리되는, 층 전사 방법에 의해 얻어지며, 상기 방법은 상기 층을 구성요소 원소 A의 이온들을 함유하는 매체에 노출시켜서 상기 이온들이 전사되는 층으로 침투하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
"조성 ABO3의 기판(Substrate of composition ABO3)"은 완전히 ABO3로 구성되는 기판 또는 상기 물질의 적어도 하나의 층을 포함하는 기판을 의미하며, 여기서 주입 이어서 분리에 의해 형성될 수 있는 상기 조성 ABO3의 층은 결함을 치유하기 위한 상기 방법에 적용된다.
A가 두 개 이상의 원소들로 이루어지는 경우, "구성요소 원소 A(constituent element A)"는 이들 원소들 중 하나를 나타낸다. 확장과 간결함을 위해, 상기 치유 방법이 치유되는 상기 층으로 침투가 가능하게 해주는 원소는 본 텍스트의 나머지에서 "원소 A(element A)"로 지시된다.
특히 유리한 방식으로, 원소 A의 이온들은 이온 교환 메카니즘에 의해 상기 층으로 침투한다.
하나의 실시 예에 따르면, 원소 A의 이온들을 함유하는 상기 매체는 액체이며, 상기 층은 상기 액체의 욕조 내에 침지(immerse)된다.
예를 들어, 조성 ABO3의 상기 층은 상기 원소 A를 포함하는 염의 산 용액을 포함하는 욕조에 침지된다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 원소 A의 이온들을 함유하는 상기 매체는 가스 상이며, 상기 조성 ABO3의 층이 상기 가스에 노출된다.
또 다른 실시 예에 따르면, 상기 원소 A의 이온들을 함유하는 상기 매체는 고체 상이며, 상기 매체의 층이 상기 조성 ABO3의 층 상에 퇴적된다.
유리하게는, 상기 방법은 상기 매체로부터 상기 조성 ABO3의 층으로 상기 원소 A의 확산을 유리하게 하기 위한 적어도 하나의 어닐링 단계를 포함할 수 있다.
하나의 특별한 실시 예에 따르면, 상기 원소 A는 리튬이다.
상기 층은 리튬 염의 산 용액을 포함하는 욕조에 침지될 수 있다.
리튬 이온들은 유리하게는 역 양성자 교환 메카니즘에 의해 상기 층으로 침투될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 상기 조성 ABO3의 층은 단결정이다.
다른 과제는 조성 ABO3의 층을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 여기서 A는 Li, Na, K, H, Ca, Mg, Ba, Sr, Pb, La, Bi, Y, Dy, Gd, Tb, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Ho, Zr, Sc, Ag, Tl으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 구성되고, B는 Nb, Ta, Sb, Ti, Zr, Sn, Ru, Fe, V, Sc, C, Ga, Al, Si, Mn, Zr, Tl으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 구성되며, 상기 방법은,
- 조성 ABO3의 도너 기판을 제공하는 단계,
- 상기 층을 묘사하기 위해 도너 기판 내로 이온 종들의 주입에 의해 취약화 영역을 형성하는 단계,
- 상기 도너 기판의 나머지로부터 분리되는 상기 층을 얻기 위하여 상기 취약화 영역을 따라 상기 도너 기판을 분리하는 단계로서, 상기 층은 결함들을 포함하며,
- 전술한 바와 같이 상기 층의 결함들을 치유하는 방법을 시행하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 주입된 종들은 수소 및/또는 헬륨을 포함한다.
하나의 실시 예에 따르면, 치유하는 단계 이전에, 상기 조성 ABO3의 층의 두께의 일부가 제거된다.
하나의 실시 예에 따르면, 상기 층의 두께는 2㎛보다 크며, 바람직하게는 20㎛보다 크며, 상기 층은 상기 도너 기판으로부터의 분리의 끝에서 자체-지지된다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 방법은 상기 취약화 영역의 형성 단계와 상기 취약화 영역을 따라 상기 도너 기판으로부터의 분리 단계 사이에, 상기 도너 기판 상에 리시버 기판의 붙임 단계를 포함하며, 상기 조성 ABO3의 층은 상기 기판들 사이의 인터페이스에 있으며, 상기 층은 상기 도너 기판으로부터의 분리의 끝에서 상기 리시버 기판 상으로 전사된다.
상기 리시버 기판의 붙임(application)은 상기 도너 기판 상으로 상기 기판의 퇴적을 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 리시버 기판의 붙임은 상기 도너 기판 상으로 상기 기판의 결합(bonding)을 포함할 수 있다.
유리하게도, 상기 조성 ABO3의 층의 두께는 20㎛ 미만이다.
선택적으로, 적어도 하나의 전기적 절연층 및/또는 적어도 하나의 전기적 전도층이 상기 리시버 기판과 전사되는 상기 층 사이의 인터페이스에 형성될 수 있다.
본 발명은 또한 벌크 탄성파 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 압전 층의 두 개의 대향하는 주 면들 상에 전극들을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 방법은 전술한 방법에 의해 상기 압전 층을 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 표면 탄성파 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 압전 층의 표면 상에 두 개의 맞물림 전극들을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 방법은 전술한 방법에 의해 상기 압전 층을 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들이 첨부 도면들을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a 내지 1e는 본 발명의 하나의 실시 예에 따라 조성물 ABO3의 단결정 층을 제조하는 방법의 단계들을 계략적으로 보여준다.
도 2는 표면 탄성파 필터의 단면 원리도이다.
도 3은 벌크 탄성파 필터의 단면 원리도이다.
도면들의 판독성을 위해서, 도시된 구성요소들은 반드시 일정한 비율로 표현되는 것은 아니다. 또한, 상이한 도면들에서 동일한 참조 부호로 지시된 구성요소들은 동일한 것이다.
도 1a 내지 1e는 본 발명의 하나의 실시 예에 따라 조성물 ABO3의 단결정 층을 제조하는 방법의 단계들을 계략적으로 보여준다.
도 2는 표면 탄성파 필터의 단면 원리도이다.
도 3은 벌크 탄성파 필터의 단면 원리도이다.
도면들의 판독성을 위해서, 도시된 구성요소들은 반드시 일정한 비율로 표현되는 것은 아니다. 또한, 상이한 도면들에서 동일한 참조 부호로 지시된 구성요소들은 동일한 것이다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 다음의 단계들을 포함하는 스마트 컷(Smart CutTM) 방법을 구현하는 조성물 ABO3의 층을 제조하는 방법이 고려된다:
- 조성물 ABO3의 도너 기판을 제공하는 단계,
- 전사될 층(10)을 묘사하기 위해 도너 기판(100) 내로 이온 종들(예를 들어, 수소 및/또는 헬륨)을 주입하여 취약화 영역(101)을 형성하는 단계(도 1a 참조),
- 상기 전사될 층(10)이 인터페이스가 되도록 상기 도너 기판 (100) 상에 리시버 기판(110)을 붙이는 단계(도 1b 참조);
- 상기 층(10)을 상기 리시버 기판(110) 상으로 전사하도록 상기 취약화 영역(101)을 따라 상기 도너 기판(100)을 분리하는 단계(도 1c 참조).
도너 기판은 고려되는 재료의 벌크 기판일 수 있다. 대안적으로, 도너 기판은 합성 기판, 즉, 표면 층이 상기 고려되는 단결정 재료로 구성되는 상이한 재료들의 적어도 2개 이상의 층들의 스택으로 형성될 수 있다.
특별히 관심을 끄는 압전 재료들 중에는 ABO3 구조의 페로브스카이트 (perovskites) 및 유사한 재료들이 있다. 그러나 이러한 재료들에 놓일 수 있는 관심은 그들의 압전 특성에 국한되지 않는다. 특히 예를 들어, 집적 광학에 연결된 다른 응용 분야들의 경우, 예를 들어 그리고 경우에 따라서 그들의 유전율, 굴절률 또는 대신에 초전도성, 강유전성 또는 대신에 강자성 특성에 대한 필요성이 있다면 또한 관심이 그것들에 끌려질 수 있다.
몇몇 커다란 계열들이 눈에 띈다. 그들 중 하나는 LiNbO3, LiTaO3, KNbO3, KTaO3와 같은 이원 물질들로부터 특히 유래하여 A가 다음 원소들: Li, Na, K, H 중의 하나 이상으로 구성되고, B가 다음 원소들: Nb, Ta, Sb, V 중의 하나 이상으로 구성되는 ABO3 유형의 포괄 화학식을 갖는 결과에 이른다. 다른 커다란 계열은 SrTiO3, CaTiO3, SrTiO3, PbTiO3, PbZrO3 물질들에서 특히 유래하여 A가 다음 원소들; Ba, Ca, Sr, Mg, Pb, La, Y 중의 하나 이상으로 구성되고, B가 다음 원소들; Ti, Zr, Sn 중 하나 이상으로 구성되는 ABO3 유형의 포괄 화학식을 갖는 결과에 이른다. 덜 널리 퍼진 다른 계열은 BiFeO3, 또는 대신에 LaMnO3, BaMnO3, SrMnO3 또는 대신에 LaAlO3, 또는 대신에 LiAlO3, LiGaO3 또는 그 대신에 CaSiO3, FeSiO3, MgSiO3 또는 대신 DyScO3, GdScO3 및 TbScO3로부터 또한 유래될 수 있다.
결국, A가 다음의 원소들; Li, Na, K, H, Ca, Mg, Ba, Sr, Pb, La, Bi, Y, Dy, Gd, Tb, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Ho, Zr, Sc, Ag, Tl으로부터 선택된 하나 이상으로 구성되고, B가 다음의 원소들; Nb, Ta, Sb, Ti, Zr, Sn, Ru, Fe, V, Sc, C, Ga, Al, Si, Mn, Zr, Tl으로부터 선택된 하나 이상으로 구성된다는 것을 고려함으로써 요약될 수 있다.
이들 물질들의 일부는 단결정이고, 다른 것들은 단결정이 아니다.
상기 도너 기판의 결정 성질 및 조성은 전사될 층에 대하여 계획된 사용에 따라서 통상의 기술자에 의해 선택된다.
리시버 기판은 전사될 층을 기계적으로 지지하는 기능을 갖는다. 이것은 임의의 성질을 가질 수 있으며, 바람직하게는 그러나 필수적이지는 않지만, 표적화된 용도에 적합할 수 있으며, 전사된 층은 선택적으로 나중에 다른 기판 상으로 전사될 수 있다. 리시버 기판은 벌크 또는 복합체일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도너 기판 상의 리시버 기판의 붙임은 결합에 의해 수행된다.
대안적으로, 도너 기판상의 리시버 기판의 붙임은 도너 기판 상에 리시버 기판의 퇴적에 의해 수행된다. 예를 들어, 비 제한적인 방식으로, 증착, 음극 스퍼터링, 에어로졸 스퍼터링, 화학적 상 퇴적, 전착, 스프레드 코팅, 스핀 코팅, 니스 칠(varnishing), 스크린 인쇄, 침지(immersion)와 같은 임의의 적합한 퇴적 기술이 사용될 수 있다. 이러한 해결책은 리시버 기판에 대한 도너 기판의 빈약한 접착을 보상하는데 특히 유리하다.
선택적으로, 이 방법은 리시버 기판(110)과 전사될 층(10) 사이의 인터페이스에 적어도 하나의 전기적 절연층 및/또는 적어도 하나의 전기적 전도층(나타내지 않음)을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 층(10)이 그 위에 소정의 기계적 강도를 부여하기에 충분히 두꺼운 경우, 특히 취약화 영역을 따른 분리 작업 동안, 리시버 기판의 붙임 단계는 생략될 수도 있다. 상기 층(10)은 도너 기판의 나머지 부분으로부터 분리된 후에 자체-지지(self-supporting)라고 불린다. 이 경우, 층(10)의 두께는 전형적으로 2㎛보다 크고, 바람직하게는 20㎛보다 크며, 이온 종들의 주입 에너지는 1MeV보다 크다.
조성이 LiXO3인 전사 층이 본 명세서의 나머지 부분에서 예로서 취해지며, 여기서 X는 니오븀 및/또는 탄탈륨이다. 즉, 이러한 비 제한적인 예에서, 원소 A는 리튬이고 원소 B는 니오븀 및/또는 탄탈륨이지만, 당업자는 위에서 인용된 다른 물질들에 대한 적절한 조건들을 정의할 수 있음을 이해할 수 있다. 특히, 층(10)의 치유는 유리 분야에서 사용되는 이온 교환 메카니즘을 포함한다. 예를 들어, 각각 AgNO3 또는 KNO3와 같은 용융 염의 욕조에 유리를 담그는 처리를 수행함으로써 특정 유리에 존재하는 Na+ 이온들의 일부를 Ag+ 또는 K+ 이온들로 대체하는 것이 알려져 있다. 유사하게, 본 발명은 상기 층을 치유하기 위해 상기 층을 풍부하게 하고자 하는 원소 A의 이온들을 함유하는 매질에 상기 층을 노출시킴으로써 구현될 수 있으며, 상기 매질은 액체(예를 들어, 상기 원소 A를 포함하는 염의 산 용액의 욕조), 기체 또는 고체일 수 있다.
도너 기판으로부터 리시버 기판으로 층(10)을 전사하는 방법 동안, 특히 이온 종들의 주입 동안 및/또는 결합 또는 분리의 보강의 열처리들 동안, 리튬은 상기 층(10) 외부로 이동하도록 만들어질 수 있다.
이러한 리튬의 이동은 선택적으로 취약화 영역을 형성하도록 주입된 수소 원자들에 의해 관련된 원자들의 치환을 동반할 수 있다.
따라서, 전사된 층(10)은 리튬 결핍으로 인하여 결함이 있게 된다.
이를 해결하기 위해, 본 발명은 전사된 층(및 선택적으로 그것을 지지하는 리시버 기판의 전체)이 리튬 이온들을 함유하는 매체(M)에 노출되는 상기 전사된 층의 결함들을 치유하는 방법을 제안한다(도 1d 참조).
이러한 노출은 리튬 이온들을 매체(M)로부터 전사된 층(10)으로 이동시켜, 리튬으로 전사된 층을 풍부하게 하고 그리고 상기 주입 및 전사에 앞서 상기 층의 구조를 회복시키는 효과를 갖는다.
선택적으로, 리튬 원자들의 위치에 위치한 수소 원자들은 매체(M)로 이동할 수 있다.
이러한 이동에서는 역 양성자 교환형 메커니즘(reverse proton exchange type mechanism)이 사용된다.
역 양성자 교환은 본 발명에 의해 언급된 것과 완전히 다른 적용과 관련하여, Yu. N. Korkishko 등의 논문 "Reverse proton exchange for buried waveguides in LiNbO3", (J. Opt. Soc. Am. A, Vol.15, No.7, July 1998)에 기재되어 있다.
상기 매체(M)는 액체일 수 있고, 이 경우에 전사된 층은 상기 액체의 욕조에 담겨진다. 예를 들어, 본 실시 예에서, 매체(M)는 리튬 염의 산 용액이다. 당업자는 LiNO3, KNO3 및 NaNO3의 용액 혼합물을 사용하여 이러한 동작의 효율을 더 잘 제어하는 방법을 알고 있다.
대안적으로, 매체(M)는 가스일 수 있으며, 이 경우 전사된 층은 상기 가스를 함유하는 인클로저(enclosure)에 배치된다.
통상의 기술자는 이러한 노광의 동작 조건들, 특히 치유될 상기 전사된 층의 조성의 함수로서 상기 매체의 조성, 노광의 지속 시간 및 온도를 정의할 수 있다.
유리하게는, 전사된 층의 두께는 20㎛ 미만, 바람직하게는 2㎛ 미만이다.
또 다른 대안에 따르면, 매체(M)는 고상으로 존재할 수 있고, 전사된 층(10)은 층(10) 상에(on) 상기 매체의 층을 퇴적시킴으로써 상기 매체에 노출될 수 있다(도 1e 참조). 여기서 "상에(on)"는 상기 층(10)과 직접(directly) 접촉하거나 또는 중간층들이 매체(M)를 구성하는 층으로부터 상기 층(10)으로 원소 A의 이동을 차단하지 않는 한 상이한 물질들로 형성된 하나 이상의 층들을 통하여 접촉한다고 의미하는 것으로 간주된다.
층(10) 내로의 원소 A의 이온들의 보다 양호한 침투는 하나 이상의 어닐링 단계들에 의해 가능해진다. 원소 A를 함유하는 퇴적된 층은 동작의 종결시, 선택적으로 2개의 연속적인 어닐링 단계들 사이에서 제거될 수 있다.
선택적으로, 치유 단계 전에, 리시버 기판 상으로 전사된 층의 두께의 일부가 제거된다. 이러한 제거는 화학적 기계적 연마, 에칭 또는 임의의 다른 적절한 기술에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따라 전사되고 치유되는 층(10)의 두 가지 비 제한적인 적용들이 이하에 기술된다.
도 2는 표면 탄성파 필터의 원리도이다.
상기 필터는 압전 층(10) 및 상기 압전 층의 표면 상에 퇴적된 2개의 맞물림 금속 빗의 형태로 된 2개의 전극들(12, 13)을 포함한다. 상기 전극들(12,13)에 대향하는 측에는 상기 압전 층이 지지 기판(11) 상에 받쳐진다. 압전 층(10)은 단결정이며, 표면파의 감쇠를 일으키지 않는 우수한 결정 품질이 실제로 필요하게 된다.
도 3은 벌크 탄성파 공진기의 원리도이다
공진기는 얇은 압전 층(즉, 일반적으로 1㎛ 미만, 바람직하게는 0.2㎛ 미만의 두께) 및 상기 압전 층(10)의 어느 한 측에 배열된 2개의 전극들(12, 13)을 포함한다. 압전 층(10)은 지지 기판(11) 상에 받쳐진다. 지지 기판으로부터 공진기를 절연시키기 위해 그리고 그리하여 기판 내에서의 파들의 전파를 방지하기 위해, 전극(13)과 기판(11) 사이에 브래그 미러(Bragg mirror)(14)가 끼어있다. 대안으로(도시되지 않음), 이러한 절연은 상기 기판과 상기 압전 층 사이에 공동(cavity)을 배열함으로써 얻어질 수도 있다. 이러한 상이한 배열들은 당업자에게 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 상세하게 설명하지 않을 것이다.
어떤 경우들에서는, 상기 리시버 기판이 최종 용도에 적합하지 않을 수 있다. 이어서, 상기 리시버 기판을 최종 기판 상에 본딩하고 그리고 임의의 적합한 기술로 상기 리시버 기판을 제거함으로써, 특성들이 목적하는 용도의 기능으로서 선택되는 최종 기판(도시되지 않음) 상으로 상기 층(10)을 전사하는 것이 유리할 수 있다.
표면 탄성파 소자를 제조하고자 하는 경우, 2개의 서로 맞물림 빗살 형태의 금속 전극들(12, 13)이 리시버 기판(110)에 대향하는, 또는 필요에 따라 상기 최종 기판에 대향하는 상기 층(10)의 표면 상에 퇴적된다(그것이 리시버 기판(110)이든 또는 최종 기판(111)이든 관계없이, 상기 기판은 도 2에서 11로 나타낸 지지 기판을 형성한다).
벌크 탄성파 소자를 제조하고자 하는 경우, 전술한 방법의 적응이 이루어져야 한다. 한편, 도 1b에 도시된 결합 단계 이전에, 제1 전극이 도너 기판의 전사되는 층(10)의 자유 표면 상에 퇴적되며, 상기 제1 전극(도 3에서 참조 부호 13으로 지칭 됨)은 최종 스택 내에 매립된다. 도 1c에 도시된 전사 단계 후에, 제2 전극(도 3에서 참조부호 12로 지칭 됨)은 제1 전극에 대향하는 상기 층(10)의 자유 표면 상에 퇴적된다. 또 다른 옵션은 전술한 바와 같이 최종 기판 상에 상기 층(10)을 전사하고 그리고 상기 전사의 이전 및 이후에 전극들을 형성하는 것이다. 반면에, 리시버 기판(110)에서 탄성파들의 전파를 방지하기 위해, 절연 수단들, 예를 들어 브래그 미러(도 3에 도시된 바와 같은) 또는 상기 리시버 기판 또는 필요하다면 상기 최종 기판 내에 미리 에칭된 공동을 내부에 통합하는 것이 가능하다.
마지막으로, 주어진 예시들은 단지 본 발명의 응용 분야들과 관련하여 결코 제한적이지 않는 특정 예시들뿐이라는 것은 말할 필요도 없다.
참고 문헌
W. Steichen and S. Ballandras, Composants acoustiques utilisιs pour le filtrage - Revue des diffιrentes technologies, Techniques de l'Ingιnieur , E2000, 2008
Yu. N. Korkishko et al., Reverse proton exchange for buried waveguides in LiNbO3, J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 15, No. 7, July 1998
Claims (22)
- 조성 ABO3의 층(10) 내의 결함들을 치유하는 방법으로서,
A는 Li, Na, K, H, Ca, Mg, Ba, Sr, Pb, La, Bi, Y, Dy, Gd, Tb, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Ho, Zr, Sc, Ag, Tl으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 구성되고, B는 Nb, Ta, Sb, Ti, Zr, Sn, Ru, Fe, V, Sc, C, Ga, Al, Si, Mn, Zr, Tl으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 구성되며, 상기 층(10)은, 이온 종들이 상기 층을 묘사하는 취약화 영역을 형성하도록 조성 ABO3의 기판(100)으로 주입되고, 이어서 상기 기판이 도너 기판의 나머지로부터 분리된 층(10)을 얻기 위하여 상기 취약화 영역을 따라 분리되는, 층 전사 방법에 의해 얻어지며,
상기 방법은 상기 층(10)을 구성요소 원소 A의 이온들을 함유하는 매체(M)에 노출시켜서 상기 이온들이 전사되는 층으로 침투하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함들을 치유하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 이온들은 이온 교환 메카니즘에 의해 상기 층(10)으로 침투하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 이온들을 함유하는 상기 매체(M)는 액체이며, 상기 층(10)은 상기 액체의 욕조 내에 침지되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,
조성 ABO3의 상기 층(10)이 상기 구성요소 원소 A를 포함하는 염의 산 용액을 포함하는 욕조에 침지되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 이온들을 함유하는 상기 매체(M)는 가스 상이며, 상기 층(10)이 상기 가스에 노출되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 이온들을 함유하는 상기 매체(M)는 고체 상이며, 상기 매체(M)의 층이 상기 층(10) 상에 퇴적되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 매체(M)로부터 상기 층(10)으로 상기 구성요소 원소 A의 확산을 유리하게 하기 위한 적어도 하나의 어닐링 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 내지 청구항 7 중의 어느 한 항에 있어서,
A는 리튬인 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 8에 있어서,
리튬 이온들이 역 양성자 교환 메카니즘에 의해 상기 층(10)으로 침투되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 층(10)이 리튬 염의 산 용액을 포함하는 욕조에 침지되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 내지 청구항 10 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 층(10)은 단결정인 것을 특징으로 하는 방법. - 조성 ABO3의 층(10)을 제조하는 방법으로서,
A는 Li, Na, K, H, Ca, Mg, Ba, Sr, Pb, La, Bi, Y, Dy, Gd, Tb, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Ho, Zr, Sc, Ag, Tl으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 구성되고, B는 Nb, Ta, Sb, Ti, Zr, Sn, Ru, Fe, V, Sc, C, Ga, Al, Si, Mn, Zr, Tl으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 구성되며, 상기 방법은,
- 조성물 ABO3의 도너 기판(100)을 제공하는 단계,
- 상기 층(10)을 묘사하기 위해 상기 도너 기판(100) 내로 이온 종들의 주입에 의해 취약화 영역(101)을 형성하는 단계,
- 상기 도너 기판(100)의 나머지로부터 분리되는 상기 층(10)을 얻기 위하여 상기 취약화 영역(101)을 따라 상기 도너 기판(100)을 분리하는 단계로서, 상기 층은 결함들을 포함하는, 상기 분리하는 단계;
- 청구항 1 내지 청구항 11 중의 어느 한 항에 따라 상기 층(10)의 결함들을 치유하는 방법을 시행하는 단계;
를 포함하는 상기 층(10)을 제조하는 방법. - 청구항 12에 있어서,
주입된 종들은 수소 및/또는 헬륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
치유하는 단계 이전에, 상기 층(10)의 두께의 일부를 제거하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 12 내지 청구항 14 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 층(10)의 두께는 2㎛보다 크며, 바람직하게는 20㎛보다 크며, 상기 층은 상기 도너 기판(100)으로부터의 분리의 끝에서 자체-지지되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 12 내지 청구항 14 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 취약화 영역의 형성 단계와 상기 취약화 영역을 따라 상기 도너 기판으로부터의 분리 단계 사이에, 상기 도너 기판(100) 상에 리시버 기판(110)의 붙임 단계를 포함하며, 상기 층(10)은 상기 기판들(100, 110) 사이의 인터페이스에 있으며, 상기 층(10)은 상기 도너 기판(100)으로부터의 분리의 끝에서 상기 리시버 기판(110) 상으로 전사되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 16에 있어서,
상기 리시버 기판의 붙임은 상기 도너 기판(100) 상으로 상기 기판(110)의 퇴적을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 16에 있어서,
상기 리시버 기판의 붙임은 상기 도너 기판(100) 상으로 상기 기판(110)의 결합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 16 내지 청구항 18 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 층(10)의 두께는 20㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 16 내지 청구항 19 중의 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 전기적 절연층 및/또는 적어도 하나의 전기적 전도층이 상기 리시버 기판(110)과 전사되는 상기 층(10) 사이의 인터페이스에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법. - 벌크 탄성파 소자를 제조하는 방법으로서,
압전 층(10)의 두 개의 대향하는 주 면들 상에 전극들(12,13)을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 방법은 청구항 12 내지 청구항 20 중의 어느 한 항에 따른 방법에 의해 상기 압전 층(10)을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 표면 탄성파 소자를 제조하는 방법으로서,
압전 층(10)의 표면 상에 두 개의 맞물림 전극들(12,13)을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 방법은 청구항 12 내지 청구항 20 중의 어느 한 항에 따른 방법에 의해 상기 압전 층을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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