Untersuchungen an hochfrequenten Dünnschicht-Schwingern für zukünftige Phased-Array-Sensoren

Für die zukünftige Entwicklung von hochfrequenten Phased-Array-Ultraschallsensoren mit Frequenzen oberhalb von 50 MHz sind die konventionellen PZT-Keramiken nur schwierig zu verarbeiten. Insbesondere die Herstellung von sehr homogenen PZT-Schichten mit Dicken von ca. 20 µm lässt sich mit den klassischen Dickschichtdruckverfahren sowie Sol-Gel-Technologien kaum realisieren. Wenn ein kompletter Sensor auf Basis mikrosystemtechnischer Technologien hergestellt werden soll, ist das bleihaltige PZT zusätzlich nicht einfach in den Prozessfluss zu integrieren. Das Aluminiumnitrid besitzt zwar gegenüber den PZT-Keramiken einen um mindestens eine Zehnerpotenz geringeren piezoelektrischen Koeffizienten, ist aber aufgrund seiner CMOS- Kompatibilität und dem bei höheren Frequenzen geringerem Verlustfaktor ein vielversprechendes piezoelektrisches Material. Aus diesem Grunde wurden Untersuchungen zur Schichtabscheidung von AlN auf Siliziumsubstraten durchgeführt und mittels mechanischer sowie elektroakustischer Messungen optimale Prozessparameter ermittelt. Für die Bewertung der piezoelektrischen Dünnschichten wurde ein einfaches Testlayout entworfen und ein spezieller Messplatz zur akustischen Untersuchung im Impuls-Echo-Modus aufgebaut. Die Mikrostrukturanalyse und XRD-Messungen betätigen den Zusammenhang zwischen Kristallausrichtung und gemessenen Amplituden im Impuls-Echo-Verfahren sowie mit einem Berlincourt-Meter bestimmter d33-Werte. AlN konnte erfolgreich bis 10µm abgeschieden werden und es wurde nachgewiesen, dass die d33-Messung für eine schnelle Beurteilung des Abscheidungsprozesses geeignet ist