KR20210060679A - 리드 지르코네이트 티타네이트로 만들어진 박막을 가진 마이크로시스템을 형성하기 위한 방법 - Google Patents

리드 지르코네이트 티타네이트로 만들어진 박막을 가진 마이크로시스템을 형성하기 위한 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210060679A
KR20210060679A KR1020217015239A KR20217015239A KR20210060679A KR 20210060679 A KR20210060679 A KR 20210060679A KR 1020217015239 A KR1020217015239 A KR 1020217015239A KR 20217015239 A KR20217015239 A KR 20217015239A KR 20210060679 A KR20210060679 A KR 20210060679A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
zirconate titanate
lead zirconate
substrate
forming
Prior art date
Application number
KR1020217015239A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102415938B1 (ko
Inventor
카르스텐 기벨러
마티아스 슈라이터
토르스텐 슈타인코프
볼프람 베르싱
Original Assignee
파이레오스 엘티디.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 파이레오스 엘티디. filed Critical 파이레오스 엘티디.
Publication of KR20210060679A publication Critical patent/KR20210060679A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102415938B1 publication Critical patent/KR102415938B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H01L41/316—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • H10N30/076—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by vapour phase deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036—Reactive sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/024—Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
    • C23C14/025—Metallic sublayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/088—Oxides of the type ABO3 with A representing alkali, alkaline earth metal or Pb and B representing a refractory or rare earth metal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/34—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L37/02—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
    • H10N15/20—Thermomagnetic devices using thermal change of the magnetic permeability, e.g. working above and below the Curie point

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

본 발명은 알루미늄 산화물로 만들어진 기판(2)을 제공하는 단계; 박막(6)의 리드 지르코네이트 티타네이트가 자가 극화되고 대개 능면체 상 이도록 열 증착 방법에 의해 기판(2) 상에 리드 지르코네이트 티타네이트를 증착함으로써 기판(2) 상에 박막(6)을 형성하는 단계; 박막(6)과 함께 기판(2)을 냉각하는 단계를 포함하는 마이크로시스템을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

리드 지르코네이트 티타네이트로 만들어진 박막을 가진 마이크로시스템을 형성하기 위한 방법{METHOD FOR PRODUCING A MICROSYSTEM HAVING A THIN FILM MADE OF LEAD ZIRCONATE TITANATE}
본 발명은 마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.
리드 지르코네이트 티타네이트(PZT: lead zirconate titanate)로 만들어진 박막들은 마이크로 시스템 기술에 널리 사용되는데, 그 이유는 예를 들어, 높은 전기기계 커플링, 높은 유전 상수 또는 높은 초전 계수 같은 그들의 유리한 물리적 속성들 때문이다. 마이크로 시스템은 통상적으로 박막에 대한 지지부로서 기판을 가지며, 이 경우 기판은 보통 실리콘으로 만들어진다. 리드 지르코네이트 티타네이트는 지르코늄 함량의 함수로서 가변하는 결정 대칭을 가진 혼합 결정으로서 박막에 존재한다. 낮은 지르코늄 함량을 가진 리드 지르코네이트 티타네이트는 주로 정방성 상(tetragonal phase)으로 존재하는 반면, 높은 지르코늄 함량을 가진 리드 지르코네이트 티타네이트는 주로 능면체 상(rhombohedral phase)으로 존재한다. 만약 리드 지르코네이트 티타네이트가 예를 들어 약 50%의 지르코늄 함량을 가진 모포트로픽 컴포지션(morphotropic composition)을 가지면, 정방성 및 능면체 마이크로구조 구성성분(constituent)들 둘 다는 그레인(grain)들로서 박막에 동시에 존재한다. 증착 방법, 특히 스퍼터링 프로세스에 의해 기판 상에 리드 지르코네이트 티타네이트의 박막을 적용하는 것은 알려져 있고, 이 경우 박막은 통상적으로 (111) 텍스처링된다. 즉, 박막의 그레인들 모두의 (111) 방향들은 기판 표면의 수직 표면에 거의 평행하다.
극화의 우선적 방향은 리드 지르코네이트 티타네이트의 박막의 거시적 압전 및/또는 초전 기능성을 위해 필요하고, 그리고 이 경우 극화의 바람직한 방향의 최적 배향은 예를 들어, 초전 효과 같은 박막으로 달성될 각각의 원하는 물리적 효과에 좌우된다. 초전 효과를 최적화하기 위하여, 박막의 극화의 우선적 방향은 기판 표면의 수직 표면에 가능한 한 평행하게 배향된다. 능면체 상에서 그리드 내 셀의 자연 극화가 (111) 방향에 있기 때문에, (111) 텍스처링된 박막은 초전 효과에 관하여 극화의 최적 배향에 대한 필요 조건을 제공한다.
박막의 초전 효과는 박막의 초전 계수에 의해 정의된다. 박막의 초전 계수의 값은 리드 지르코네이트 티타네이트로 만들어진 박막의 컴포지션에 거의 좌우된다. 박막이 낮은 지르코늄 함량을 가지면, 박막은 그의 증착 후 그리고 실온으로 냉각 후 자가-극화 형태로 존재한다. 즉, 리드 지르코네이트 티타네이트의 증착 동안 성장된 (111)-배향 박막은 추후 냉각 동안 그의 극화 상태를 더 이상 변화시키지 않는다. 대조하여, 지르코늄 풍부한 박막은 냉각 동안 자가-극화를 손실한다. 자가-극화의 이런 손실은 정방성 컴포지션의 박막에 대해서보다, 극화의 최적 배향으로 인해 상당히 더 높은 초전 효과가 예상되는 (111)-배향된, 리드 지르코네이트 티타네이트의 능면체 박막들에 대해 단점인 것으로 나타난다. 자가-극화된 리드 지르코네이트 티타네이트의 형성은 M.Schreiter, R.Bruchhaus, D.Pitzer 및 W. Wersing에 의한 "Sputtering of self-polarised PZT films for IR detector arrays", Proceedings of ISAF ⅩⅠ, 1998에서 설명된다.
예를 들어 적외선 센서가 리드 지르코네이트 티타네이트의 박막을 기초하여 구성되면, 박막의 초전 계수의 값은 선형으로 센서 출력 신호의 세기에 진입하여, 강한 초전 효과의 목적을 만족시키면서, 센서의 높은 감도는 달성될 수 있다. 따라서, 낮은 지르코늄 함량을 가진 리드 지르코네이트 티타네이트(PZT) 박막들만이 높은 센서 감도를 가진 적외선 센서를 위해 고려될 수 있다.
본 발명의 목적은 기판 및 리드 지르코네이트 티타네이트의 박막을 포함하는 마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법 및 적외선 센서 칩에 마이크로 시스템을 제공하는 것이고, 이 경우 상기 마이크로 시스템은 높은 레벨의 기능성을 가진다.
이런 엔지니어링 목적은 청구항 제 1 항 및 제 11 항에 개시된 특징들로 달성된다. 이들의 바람직한 실시예들은 다른 청구항들에 개시된다.
마이크로 시스템을 형성하기 위한 본 발명의 방법은 알루미늄 산화물로 만들어진 기판을 제공하는 단계; 박막의 리드 지르코네이트 티타네이트가 자가-극화되고 주로 능면체 상으로 존재하는 방식으로 열 증착 방법에 의해 기판 상에 리드 지르코네이트 티타네이트를 증착함으로써 기판 상에 박막을 형성하는 단계; 박막과 함께 기판을 냉각하는 단계를 포함한다. 본 발명의 적외선 센서 칩은 마이크로 시스템을 포함한다.
리드 지르코네이트 티타네이트가 1.3*10-4C/Km2보다 큰 초전 계수를 가지는 것이 바람직하다. 바람직하게 증착 방법은 스퍼터링 프로세스 또는 레이저 어블레이션(laser ablation) 프로세스이다. 증착 방법은 바람직하게 각각 리드, 지르코늄 및 티타늄에 대해 3개의 개별 타겟들을 이용하는 공동-증착(co-disposition) 프로세스이다. 박막에서 리드 지르코네이트 티타네이트의 지르코늄 함량은 바람직하게 상경계(morphotropic phase boundary)의 범위 내에 있다. 박막 내 리드 지르코네이트 티타네이트의 지르코늄 함량이 40% 내지 50%이면 심지어 보다 바람직하다. 기판 온도는 바람직하게 500℃보다 높다. 리드 지르코네이트 티타네이트가 산소-함유 분위기 내에서 증착되는 것이 바람직하다. 게다가, 기판의 상단 측은 바람직하게 백금 층을 가지며, 상기 백금 층 상에 리드 지르코네이트 티타네이트가 증착된다. 게다가, 기판 재료가 사파이어인 것이 바람직하다. 기판의 상단 측은 바람직하게 폴리싱되고; 그리고 이 폴리싱된 상단 측 상에 박막이 증착된다.
정방성, (111)-텍스처링된 리드 지르코네이트 티타네이트 및 능면체, (111)-텍스처링된 리드 지르코네이트 티타네이트는 도메인들의 극화의 재배향에 관하여 상이한 거동을 가진다. 능면체 상에서 (111) 결정 방향은 자연 극화 방향이고, 이 경우 기판의 수직인 표면에 대해 두 개의 상이한 각도들의 도메인들의 배향은 허용된다. 다른 한편, 정방성 상에서, (001) 결정 방향은 자연 극화의 방향을 형성한다. 따라서, (111) 배향된 결정 방향을 가진 박막에 대해, 기판의 수직 표면에 대해 도메인 배향의 단지 하나의 가능한 각도만이 있다.
본 발명에 따른 방법은 리드 지르코네이트 티타네이트가 능면체 형태로 마이크로 시스템의 박막에 존재하는 목적을 달성하고, 이 경우 리드 지르코네이트 티타네이트는 자가-극화되고 바람직하게 1.3*10-4C/Km2보다 큰 높은 초전 계수를 가진다. 결과적으로, 마이크로 시스템은 높은 레벨의 기능성을 가진다. 박막이 초전 애플리케이션들에 사용되는 경우, 극화의 최적 배향으로 인해 유리하게 강한 초전 효과를 달성하는 것은 가능하다. 바람직하게, 예를 들어 전극으로서 사용하기 위해 기판과 박막 사이에 제공된 백금 층은 본 발명에 따라 달성되는 효과에 악영향을 가지지 않는다.
본 발명은 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여 바람직한 실시예에 의해 아래에 설명된다.
도 1은 적외선 센서 칩의 단면도이다.
도 2는 박막들의 초전 계수들이 박막들의 지르코늄 함량의 함수로서 도시된 그래프이다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 적외선 센서 칩(1)은 마이크로 시스템으로서 형성된다. 적외선 센서 칩(1)은 프레임(3) 및 멤브레인(membrane)(4)에 의해 형성되는 기판(2)을 가진다. 프레임(3)은 멤브레인의 상단 측(5)을 등지고 배열되고; 그리고 박막(6)은 상기 멤브레인의 상단 측(5) 상에 적용된다. 멤브레인의 상단 측(5)은 폴리싱된다. 박막(6)이 만들어지는 박막 재료는 리드 지르코네이트 티타네이트이다. 리드 지르코네이트 티타네이트는 주로 능면체 상으로 박막(6) 내에 존재하고, 이 경우 박막내 지르코늄 함량은 약 50%이다. 리드 지르코네이트 티타네이트는 멤브레인의 상단 측(5) 상에 열 증착 방법, 특히 스퍼터링 프로세스에 의해 증착된다. 게다가, 리드 지르코네이트 티타네이트는 자가-극화되고 1.3*10-4C/Km2보다 큰 초전 계수를 가진다. 박막(6)과 기판(2) 사이에는 백금으로 만들어지고 적외선 센서 칩(1)의 전극으로서 사용되는 전극 층이 있다. 기판(2)의 전극 층 외부는 폴리싱된다. 기판(2)을 형성하는 기판 재료는 사파이어이다. 기판(2)을 형성하기 위하여, 3D 레이저 스크라이빙(scribing)의 방법은 예를 들어 그의 피코초 레이저에 의해 고려 가능하다. 또한 기판 재료가 비결정, 다결정 또는 단결정 형태로 존재하는 것은 고려 가능하다.
마이크로 시스템은 스퍼터링 프로세스를 수행하게 하는 스퍼터 증착 시스템으로 형성된다. 기판(2)은 산소-함유 분위기에서 500℃보다 높은 온도에서 스퍼터 증착 시스템에 제공될 것이다. 스퍼터 증착 시스템은 각각 리드, 지르코늄 및 티타늄에 대해 3개의 개별 타겟들을 가지며, 이 경우 스퍼터 증착 프로세스는 상경계 범위에 있고 특히 바람직하게 40% 내지 50%인 박막 내 리드 지르코네이트 티타네이트의 지르코늄 함량을 생성한다. 스퍼터 증착 프로세스의 완료시, 박막(6)과 함께 기판(2)을 갖는 마이크로 시스템은 주위 온도로 냉각된다.
냉각 프로세스 후, 마이크로 시스템의 박막(6) 내 리드 지르코네이트 티타네이트는 능면체 형태로 존재하고, 이 경우 리드 지르코네이트 티타네이트는 자가-극화되고 1.3*10-4C/Km2보다 큰 초전 계수를 가진다. 결과적으로, 박막(6)은 강한 초전 효과를 가지며; 그리고 따라서 마이크로 시스템은 높은 레벨의 기능성을 가진다. 그런 특징은 적외선 센서 칩(1)의 박막(6)에 리드 지르코네이트 티타네이트의 사용을 위해 특히 중요하다. 전극 층의 제공은 초전 효과 정도의 효과를 갖지 않는다.
도 2는 적외선 센서 칩들의 박막들의 초전 효과의 크기가 묘사된 그래프를 도시하고, 이 경우 실리콘으로 만들어진 기판을 갖는 적외선 센서 칩들의 초전 효과는 사파이어로 만들어진 기판을 가진 적외선 센서 칩들의 초전 효과와 비교된다. 참조 번호 7은 그래프의 가로 좌표를 나타내고, 가로 좌표 상에 리드 지르코네이트 티타네이트에서 상대적 지르코늄 함량이 Zr/(Zr+Ti)로서 표기된다. 게다가, 참조 번호 8은 그래프의 세로 좌표를 나타내고, 세로 좌표 상에 리드 지르코네이트 티타네이트의 초전 계수(pk)가 표기된다.
참조 번호 9는 부가적인 극화 없이 리드 지르코네이트 티타네이트의 박막을 가진 실리콘 기판을 구비한 적외선 센서 칩들에 할당될 엔트리들을 표기한다. 참조 번호 10은 부가적인 극화를 가지고 리드 지르코네이트 티타네이트의 박막을 가진 실리콘 기판을 구비한 적외선 센서 칩들에 할당될 엔트리들을 표기한다. 참조 번호들 11 및 12는 각각의 경우 부가적인 극화를 가지거나 가지지 않고 리드 지르코네이트 티타네이트의 박막을 가진 사파이어 기판을 포함하는 적외선 센서 칩들을 표기한다. 그래프 상 엔트리들은 사파이어 기판을 가진 적외선 센서 칩들의 자가-극화 상태에서도, 실리콘 기판을 가진 적외선 센서 칩들의 초전 계수의 종래에 달성된 모든 값들을 훨씬 초과함을 도시한다. 부가적으로 극화된 박막들에 대해, 순수 결과는 실리콘 기판들을 사용한 종래의 방식으로 달성된 최대 값에 비해 1.5 배 초과의 초전 계수의 상당한 증가이다.
비록 본 발명이 예시 목적들을 위해서만 제시된 바람직한 실시예에 의해 상세히 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 개시된 예들로 제한되지 않고, 상기 개시된 예들로부터 당업자는 또한 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 변형들을 또한 도출할 수 있다.
참조 번호들의 리스트
1 적외선 센서 칩
2 기판
3 프레임
4 멤브레인
5 멤브레인의 상단 측
6 박막
7 가로 좌표: Zr(Zr+Ti)
8 세로 좌표 pk
9 부가적인 극화 없이 리드 지르코네이트 티타네이트의 박막을 가진 실리콘 기판
10 부가적인 극화를 가진 리드 지르코네이트 티타네이트의 박막을 가진 실리콘 기판
11 부가적인 극화 없는 리드 지르코네이트 티타네이트의 박막을 가진 사파이어 기판
12 부가적인 극화를 가진 리드 지르코네이트 티타네이트의 박막을 가진 사파이어 기판

Claims (12)

  1. 마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법으로서,
    알루미늄 산화물로 만들어진 기판(2)을 제공하는 단계;
    박막(6) 내 리드 지르코네이트 티타네이트(lead zirconate titanate)가 자가-극화되고 주로 능면체 상(rhombohedral phase)으로 존재하는 방식으로 열 증착 방법에 의해 상기 기판(2) 상에 상기 리드 지르코네이트 티타네이트를 증착함으로써 상기 기판(2) 상에 상기 박막(6)을 형성하는 단계;
    상기 박막(6)과 함께 상기 기판(2)을 냉각하는 단계
    를 포함하는,
    마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리드 지르코네이트 티타네이트는 1.3*10-4C/Km2보다 큰 초전 계수(pyroelectric coefficient)를 가지는,
    마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 증착 방법은 스퍼터링 프로세스 또는 레이저 어블레이션(laser ablation) 프로세스인,
    마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증착 방법은 각각 리드, 지르코늄 및 티타늄에 대해 3개의 개별 타겟들을 이용하는 공동-증착 프로세스인,
    마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막(6) 내 상기 리드 지르코네이트 티타네이트의 지르코늄 함량은 상경계(morphotropic phase boundary) 범위 내에 있는,
    마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 박막(6) 내 상기 리드 지르코네이트 티타네이트의 지르코늄 함량은 40% 내지 50%인,
    마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 온도는 500℃보다 높은,
    마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리드 지르코네이트 티타네이트는 산소-함유 분위기에서 증착되는,
    마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(2)의 상단 측(5)은 백금 층을 가지며, 상기 백금 층 상에 상기 리드 지르코네이트 티타네이트가 증착되는,
    마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 재료는 사파이어인,
    마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(2)의 상기 상단 측(5)은 폴리싱되고; 그리고 이런 폴리싱된 상단 측 상에 상기 박막(6)이 증착되는,
    마이크로 시스템을 형성하기 위한 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따라 형성된, 마이크로 시스템을 가진 적외선 센서 칩.
KR1020217015239A 2012-06-12 2013-06-12 리드 지르코네이트 티타네이트로 만들어진 박막을 가진 마이크로시스템을 형성하기 위한 방법 KR102415938B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012105036A DE102012105036A1 (de) 2012-06-12 2012-06-12 Verfahren zum Herstellen eines Mikrosystems
DE102012105036.8 2012-06-12
KR1020207021443A KR20200090983A (ko) 2012-06-12 2013-06-12 리드 지르코네이트 티타네이트로 만들어진 박막을 가진 마이크로시스템을 형성하기 위한 방법
PCT/EP2013/062154 WO2013186260A1 (de) 2012-06-12 2013-06-12 Verfahren zum herstellen eines mikrosystems mit einer dünnschicht ausbleizirkonattitanat

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207021443A Division KR20200090983A (ko) 2012-06-12 2013-06-12 리드 지르코네이트 티타네이트로 만들어진 박막을 가진 마이크로시스템을 형성하기 위한 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210060679A true KR20210060679A (ko) 2021-05-26
KR102415938B1 KR102415938B1 (ko) 2022-07-05

Family

ID=48626032

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207021443A KR20200090983A (ko) 2012-06-12 2013-06-12 리드 지르코네이트 티타네이트로 만들어진 박막을 가진 마이크로시스템을 형성하기 위한 방법
KR1020157000713A KR20150023003A (ko) 2012-06-12 2013-06-12 리드 지르코네이트 티타네이트로 만들어진 박막을 가진 마이크로시스템을 형성하기 위한 방법
KR1020217015239A KR102415938B1 (ko) 2012-06-12 2013-06-12 리드 지르코네이트 티타네이트로 만들어진 박막을 가진 마이크로시스템을 형성하기 위한 방법

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207021443A KR20200090983A (ko) 2012-06-12 2013-06-12 리드 지르코네이트 티타네이트로 만들어진 박막을 가진 마이크로시스템을 형성하기 위한 방법
KR1020157000713A KR20150023003A (ko) 2012-06-12 2013-06-12 리드 지르코네이트 티타네이트로 만들어진 박막을 가진 마이크로시스템을 형성하기 위한 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9601649B2 (ko)
EP (2) EP2859130B1 (ko)
KR (3) KR20200090983A (ko)
DE (1) DE102012105036A1 (ko)
WO (1) WO2013186260A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012105036A1 (de) * 2012-06-12 2013-12-12 Pyreos Ltd. Verfahren zum Herstellen eines Mikrosystems
DE102018004257B4 (de) * 2017-08-28 2023-07-27 Spectrolytic Ltd. Mikromechanikstruktur und Verfahren zum Herstellen der Mikromechanikstruktur
CN112276480A (zh) * 2020-09-18 2021-01-29 山东宏旺实业有限公司 一种雪花砂玫瑰金抗指纹不锈钢卷的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030076927A (ko) * 2000-03-04 2003-09-29 에너지니어스, 인크. 금속 포일상의 ｐｚｔ 유전체 박막 조성물
KR20050083545A (ko) * 2002-12-05 2005-08-26 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 초전체소자와 그 제조방법 및 적외선센서

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19842816C1 (de) * 1998-09-18 2000-02-03 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung selbstpolarisierter ferroelektrischer Schichten, insbesondere PZT-Schichten, mit rhomboedrischer Kristallstruktur
JP3971598B2 (ja) * 2001-11-01 2007-09-05 富士通株式会社 強誘電体キャパシタおよび半導体装置
JP2008252071A (ja) * 2007-03-06 2008-10-16 Fujifilm Corp 圧電素子とその製造方法、及び液体吐出装置
JP2008232896A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Toyohashi Univ Of Technology 薄膜赤外線検出素子およびその製造方法
US7956369B2 (en) * 2008-05-07 2011-06-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Light emitting diode
DE102011000752B3 (de) * 2011-02-15 2012-06-06 Pyreos Ltd. Verfahren zum Herstellen eines Dünnfilms aus Blei-Zirkonat-Titanat, elektronisches Bauteil mit dem Dünnfilm und Verwendung des Bauteils
US20130093290A1 (en) * 2011-10-17 2013-04-18 U.S. Government As Represented By The Secretary Of The Army Stylo-Epitaxial Piezoelectric and Ferroelectric Devices and Method of Manufacturing
DE102012105036A1 (de) * 2012-06-12 2013-12-12 Pyreos Ltd. Verfahren zum Herstellen eines Mikrosystems

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030076927A (ko) * 2000-03-04 2003-09-29 에너지니어스, 인크. 금속 포일상의 ｐｚｔ 유전체 박막 조성물
KR20050083545A (ko) * 2002-12-05 2005-08-26 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 초전체소자와 그 제조방법 및 적외선센서

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200090983A (ko) 2020-07-29
EP3587617B1 (de) 2020-08-05
WO2013186260A1 (de) 2013-12-19
EP2859130B1 (de) 2019-09-18
EP3587617A1 (de) 2020-01-01
DE102012105036A1 (de) 2013-12-12
EP2859130A1 (de) 2015-04-15
US20150091007A1 (en) 2015-04-02
KR20150023003A (ko) 2015-03-04
KR102415938B1 (ko) 2022-07-05
US9601649B2 (en) 2017-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9960344B2 (en) Method for producing a thin film made of lead zirconate titanate
WO2009157189A1 (ja) 圧電体素子とその製造方法
JP6347086B2 (ja) 強誘電体セラミックス
JP2008266771A5 (ko)
JP2010238856A (ja) 圧電体素子及びジャイロセンサ
EP2688116B1 (en) Ferroelectric thin film and method for producing same
US10243134B2 (en) Piezoelectric film and piezoelectric ceramics
Denis et al. Thickness dependent response of domain wall motion in declamped {001} Pb (Zr0· 3Ti0. 7) O3 thin films
KR102415938B1 (ko) 리드 지르코네이트 티타네이트로 만들어진 박막을 가진 마이크로시스템을 형성하기 위한 방법
WO2022168800A1 (ja) 積層構造体及びその製造方法
JPS62205266A (ja) 強誘電体薄膜素子及びその製造方法
Chen et al. Crystalline phase and electrical properties of lead‐free piezoelectric KNN‐based films with different orientations
Kurokawa et al. Compositional dependence of Ba (Zr0. 2Ti0. 8) O3–(Ba0. 7Ca0. 3) TiO3 piezoelectric thin films prepared by combinatorial sputtering
Keech et al. Management of lead content for growth of {001}‐oriented lead magnesium niobate‐lead titanate thin films
JP2021121026A (ja) 膜構造体及びその製造方法
JP2007084424A5 (ko)
WO2017002341A1 (ja) 積層薄膜構造体の製造方法、積層薄膜構造体及びそれを備えた圧電素子
JP2015099848A (ja) 強誘電体セラミックス及びその製造方法
US20160035961A1 (en) Dielectric element and piezoelectric element
TWI717498B (zh) 膜構造體及其製造方法
JPH08186182A (ja) 強誘電体薄膜素子
Ruangchalermwong et al. Enhanced ferro-and piezoelectric properties in (100)-textured Nb-doped Pb (ZrxTi1− x) O3 films with compositions at morphotropic phase boundary
Kolev et al. Thin film microsensing elements, technology and application in microsystems for environment control
Zhang et al. Stress-induced shifting of the morphotropic phase boundary in sol–gel derived pb (Zr0. 5Ti0. 5) O3 thin films
Yang et al. Highly (1 0 0)-textured Pb (Zr0. 52Ti0. 48) O3 film derived from a modified sol–gel technique using inorganic zirconium precursor

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
N231 Notification of change of applicant
GRNT Written decision to grant