Analyse von dünnen Metallisierungsschichten für Hochtemperatur Surface Acoustic Wave Bauelemente

Abstract

Oberflächenwellen-Bauelemente finden zunehmend Anwendung in der Hochtemperatur- Sensorik. In der vorliegenden Diplomarbeit werden Chips auf Langasit (La3Ga5SiO14, LGS) und H-reduziertem Lithiumniobat (LiNbO3, LN) auf ihre Hochtemperaturstabilität bis 700°C untersucht. Die Elektroden in Form von Interdigitalwandlern bestehen aus einem Mehrfachstapel mit alternierenden Aluminium- und Platinschichten. Während des Erhitzens kommt es zu markanten Schichtumwandlungen, durch die eine Pt-Entnetzung und Inselbildung verhindert und die Leitfähigkeit der Elektrode verbessert wird.<br />Durch EDX-Profilanalysen von Querschnittspräparaten im TEM wird gezeigt, dass sich im Inneren der Wandlerfinger eine homogene, Pt-reiche Phase bildet, welche von einer schützenden, amorphen Aluminiumoxid-Umhüllung versiegelt wird. An der Grenzfläche zum Substrat stellt diese Schicht eine ausgezeichnete Diffusionsbarriere und Haftschicht mit einem Sauerstoffgehalt von bis zu 80 Atomprozent dar.<br />Die höchste Einsatztemperatur des verwendeten LN-Substrats liegt bei 500°C.<br />

The use of SAW (surface acoustic wave) devices in high temperature sensor systems is steadily increasing. In the present diploma work the high temperature stability of chips on langasite (La3Ga5SiO14, LGS) and H-reduced lithium niobate (LiNbO3, LN) is investigated up to 700°C. The interdigital transducers consist of a multilayer with alternating Aluminium and Platinum films. By using this sandwich structure Pt-dewetting at high temperatures is avoided and the conductivity of the electrode increased.<br />EDX profiles of FIB-preparated TEM lamellae reveal the formation of a widely homogenous Pt-rich phase inside the IDT fingers which is sealed by a protective, amorphous aluminium oxide coating. At the interface between the IDT fingers and the substrate this layer acts as an excellent diffusion barrier and undercoating, containing oxygen up to 80 atomic percent.<br />The ultimate working temperature of the LN substrate is found to be 500°C.