СПОСОБ НАСТРОЙКИ НА ЦЕНТРАЛЬНУЮ ЧАСТОТУ УЗКОПОЛОСНОГО УСТРОЙСТВА НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ Российский патент 2000 года по МПК H03H3/08 

Изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано при изготовлении устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Известен способ настройки на центральную частоту узкополосного устройства на ПАВ путем химического травления алюминиевой пленки, из которой изготовлены встречно-штыревые преобразователи (ВШП). С уменьшением толщины алюминиевой пленки центральная частота устройства на ПАВ увеличивается, так как уменьшается массовая нагрузка на рабочую поверхность пьезоэлектрической подложки (см. Elec. Commun. Lab. Tech. J. 1988, v. 37, N 8, p. 463 - 467). Этот способ настройки на центральную частоту имеет недостатки, связанные с трудностью контроля центральной частоты, невоспроизводимостью процесса, большой скоростью травления металлической пленки по сравнению, например, с ионным травлением, что затрудняет настройку на центральную частоту узкополосного устройства на ПАВ.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ настройки на центральную частоту узкополосного устройства на ПАВ, подключенного к измерительному прибору, путем напыления пленки из электрически непроводящего материала, например, из окиси алюминия, на рабочую поверхность пьезоэлектрической подложки, на которой предварительно сформированы входной и выходной в встречно-штыревые преобразователи из металлической пленки (см. пат. США N 4243960, H 03 H 9/64, 9/42, 9/25, НКИ 333 - 196, 1981, БИ N 17 - прототип). По данному способу центральная частота узкополосного устройства на ПАВ увеличивается после напыления пленки из окиси алюминия на рабочую поверхность пьезоэлектрической подложки, т.к. пленка окиси алюминия увеличивает фазовую скорость поверхностной акустической волны, что приводит к увеличению центральной частоты узкополосного устройства на ПАВ.

Данный способ имеет недостатки, связанные с большой трудоемкостью изготовления узкополосного устройства на ПАВ из-за дополнительных операций по напылению пленки из окиси алюминия и удаления этой пленки с контактных площадок ВШП для приварки проводников к ним и выводам корпуса. Кроме того, напыление пленки из окиси алюминия увеличивает вносимые потери в полосе пропускания узкополосного устройства на ПАВ.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является уменьшение трудоемкости изготовления узкополосного устройства на поверхностных акустических волнах.

Решение задачи достигается тем, что в известном способе настройки на центральную частоту узкополосного устройства на ПАВ, подсоединенного к измерительному прибору, заключающемся в измерении центральной частоты узкополосного устройства на ПАВ с пьезоэлектрической подложкой, на рабочей поверхности которой предварительно сформированы входной и выходной встречно-штыревые преобразования, рабочую поверхность пьезоэлектрической подложки облучают ионами аргона из плазмы высокочастотного магнетронного разряда при давлении аргона в вакуумной камере (0,8 - 1,0) Па, удельной мощности высокочастотного (ВЧ) магнетронного разряда (0,05 - 0,1) Вт/см² и электрическом смещении на рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки минус (50 - 60) В в течение 0 - 20 минут. При указанных режимах высокочастотного магнетронного разряда с рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки и поверхности ВШП удаляются загрязнения (остатки фоторезиста, продукты химической реакции и др. ), образующиеся в процессе формирования конфигурации ВШП методом фотолитографии. Это приводит к уменьшению массовой нагрузки на рабочую поверхность пьезоэлектрической подложки. В результате фазовая скорость ПАВ увеличивается, а следовательно, и увеличивается центральная частота узкополосного устройства на ПАВ. Дополнительно в процессе облучения ионами аргона рабочая поверхность пьезоэлектрической подложки нагревается и пленка алюминия частично окисляется, что также способствует увеличению центральной частоты узкополосного устройства на ПАВ. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается новыми технологическими параметрами высокочастотного магнетронного разряда, что способствует уменьшению трудоемкости способа настройки на центральную частоту узкополосного устройства на ПАВ за счет исключения операции по напылению пленки из окиси алюминия и операции по удалению этой пленки с контактных площадок ВШП для приварки проводников к контактным площадкам ВШП и выводам корпуса. Поэтому данное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено узкополосное устройство на поверхностных акустических волнах, где 1 - пьезоэлектрическая подложка, 2 - входной встречно-штыревой преобразователь, 3 - выходной встречно-штыревой преобразователь, 4 - рабочая поверхность пьезоэлектрической подложки.

На фиг. 2 изображена схема настройки на центральную частоту узкополосного устройства на поверхностных акустических волнах, где 1 - пьезоэлектрическая подложка, 2 - входной встречно-штыревой преобразователь, 3 - выходной встречно-штыревой преобразователь, 4 - рабочая поверхность пьезоэлектрической подложки, 5 - катод высокочастотного магнетрона, 6 - вакуумная камера, 7 - вакуумный насос, 8 - вентиль-натекатель, 9 - высокочастотный генератор, 10 - согласующее устройство, 11 - плазма высокочастотного магнетронного разряда, 12 - экран высокочастотного магнетронного магнетрона (анод), 13 - положительный ион аргона, 14 - прибор для контроля центральной частоты узколополосного устройства на ПАВ, 15 - измерительные зонды.

На фиг. 3 показана зависимость изменения центральной частоты узкополосного устройства на ПАВ в сторону увеличения от времени облучения ионами аргона из плазмы высокочастотного магнетронного разряда.

Способ настройки на центральную частоту узкополосного устройства на ПАВ реализуется в такой последовательности.

Пьезоэлектрическую подложку 1 из кварца ST-среза с входным ВШП 2 и выходным ВШП 3 устанавливают рабочей поверхностью 4 вверх на катод высокочастотного магнетрона 5. Вакуумную камеру 6 откачивают вакуумным насосом 7 до давления (1 - 6)•10^-3 Па. Затем в вакуумную камеру 6 выпускают аргон вентилем-натекателем 8 до давления (0,8 - 1,0) Па. От высокочастотного генератора 9 через согласующее устройство 10 на катод ВЧ магнетрона 5 подают высокочастотное напряжение. Величина удельной высокочастотной мощности составляет (0,05 - 0,1) Вт/см². Высокочастотное напряжение прикладывают к катоду ВЧ магнетрона 5 относительно заземленного экрана 12 (анода). В результате над катодом высокочастотного магнетрона 5, а следовательно, и над рабочей поверхностью пьезоэлектрической подложки 4 возникает плазма высокочастотного магнетронного разряда 11, а на катоде ВЧ магнетрона 5 и на рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки 4 автоматически устанавливается отрицательное, относительно плазмы, напряжение смещения. Механизм возникновения отрицательного напряжения смещения связи с тем, что при подаче высокочастотного напряжения на поверхность катода, а следовательно, и рабочую поверхность, пьезоэлектрической подложки 4 из плазмы высокочастотного магнетронного разряда 11 поочередно поступают электроны и положительные ионы аргона 13. В первый момент после подачи ВЧ напряжения постоянная составляющая напряжения на поверхности катода 5 ВЧ магнетрона и рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки 7 равна нулю. Так как, подвижность электронов значительно больше подвижности положительных ионов аргона, то на рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки 4 накапливается отрицательный заряд, и, следовательно, растет отрицательное напряжения смещения до тех пор, пока среднее значение электронного и ионного токов равны друг другу. Под действием отрицательного электрического смещения положительные ионы аргона 13 вытягиваются из плазмы высокочастотного магнетронного разряда 11 и облучают рабочую поверхность пьезоэлектрической подложки 4. Время облучения ионами аргона рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки не превышает 20 минут. Причем заметного травления кварцевой подложки и пленки алюминия замечено не было. В результате облучения положительными ионами аргона 13 с рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки 4 удаляются загрязнения. Массовая нагрузка уменьшается, что приводит к увеличению фазовой скорости ПАВ, а следовательно, и к увеличению центральной частоты узкополосного устройства на ПАВ. Изменение центральной частоты устройства на ПАВ регистрируется прибором 14, для чего, входной ВШП 2 и выходной ВШП 3 соединены с прибором 14 с помощью зондов. 15.

Зависимость ухода центральной частоты узкополосного устройства на ПАВ имеет две области (фиг. 3).

В первой области происходит нелинейное изменение центральной частоты узкополосного устройства на ПАВ за счет процесса очистки и термообработки рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки в ВЧ магнетронном разряде. Во второй области центральная частота узкополосного устройства на ПАВ увеличивается значительно медленнее из-за стабилизации свойств пленки алюминия и устранения загрязнений с рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки, поэтому увеличение длительности обработок незначительно изменяет уход центральной частоты узкополосного устройства на ПАВ.

При удельной высокочастотной мощности менее 0,05 Вт/см² изменение центральной частоты узкополосного устройства на ПАВ было настолько малым, что приводит к увеличению длительности облучения рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки положительными ионами аргона в 2 и более раз. А при удельной ВЧ мощности более 0,1 Вт/см² изменение центральной частоты узкополосного устройства на ПАВ проходило за несколько секунд в пределах области 1 на фиг. 3, что делало процесс трудноконтролируемым. При облучении положительными ионами аргона рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки более 20 минут наблюдалось травление поверхности кварцевой подложки, что нежелательно из-за изменения условий распространения поверхностной акустической волны. Поэтому время обработки зависит от ухода центральной частоты узкополосного устройства на ПАВ и не превышает 20 минут.

При давлении аргона в вакуумной камере менее 0,8 Па и при удельной мощности ВЧ магнетронного разряда в пределах (0,05 - 0,1) Вт/см² происходила неэффективная очистка рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки, вероятно, из-за уменьшения числа заряженных частиц, участвующих в процессе обработки. А при давлении аргона в вакуумной камере более 1,0 Па и при удельной мощности ВЧ магнетронного разряда в пределах (0,05 - 0,1) Вт/см² также не достигалась эффективная очистка рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки, возможно за счет преобладания процесса напыления над процессом очисток. Давление аргона в вакуумной камере в пределах (0,8 - 1,0) Па выбрано экспериментальным путем из условия наиболее эффективной очистки рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки от загрязнений и контролируемого ухода центральной частоты узкополосного устройства на ПАВ.

Таким образом, разработанный способ настройки на центральную частоту позволяет уменьшить трудоемкость изготовления узкополосного устройства на ПАВ на (4 - 5) часов за счет исключения технологических операций по напылению пленок окиси алюминия и удалению данной пленки с контактных площадок ВШП. Для напыления пленки окиси алюминия со скоростью (7 - 8) нм/мин (см. Met. Fac. Eng., 1987, v. 28, p. 61 - 68) и толщиной 0,6 мкм необходимо время (2 - 2,5) часов, а для удаления пленки окиси алюминия с контактных площадок ВШП методом фотолитографии необходимо (2 - 2,5) часа.

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может найти применение при изготовлении устройств на поверхностных акустических волнах. Технический результат изобретения - уменьшение трудоемкости изготовления узкополосного устройства на поверхностных акустических волнах. Способ настройки на центральную частоту узкополосного устройства на поверхностных акустических волнах с пьезоэлектрической подложкой, на рабочей поверхности которой предварительно сформированы входной и выходной встречно-штыревые преобразователи и подсоединены к измерительному прибору, заключается в том, что рабочую поверхность пьезоэлектрической подложки облучают ионами аргона из плазмы высокочастотного магнетронного разряда при давлении 0,8-1,0 Па, удельной высокочастотной мощности 0,05-0,1 Вт/см² и электрическом смещении на рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки минус (50-60) В. 3 ил.

Способ настройки на центральную частоту узкополосного устройства на поверхностных акустических волнах, заключающийся в измерении центральной частоты узкополосного устройства на поверхностных акустических волнах с пьезоэлектрической подложкой, на рабочей поверхности которой предварительно сформированы входной и выходной встречно-штыревые преобразователи и подсоединены к измерительному прибору, отличающийся тем, что рабочую поверхность пьезоэлектрической подложки облучают ионами аргона из плазмы высокочастотного магнетронного разряда при давлении 0,8 - 1,0 Па, удельной высокочастотной мощности 0,05 - 0,1 Вт/см² и электрическом смещении на рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки минус (50 - 60) В.