다이아몬드 기판상에 증착된 ZnO 압전박막의 탄성표면파 특성 Surface acoustic wave properties of ZnO thin films deposited on diamond substrate원문보기
보고서 정보
주관연구기관
경기대학교 Kyonggi University
연구책임자
김영진
발행국가
대한민국
언어
한국어
발행년월
1996-04
주관부처
과학기술부
사업 관리 기관
경기대학교 Kyonggi University
등록번호
TRKO200200016497
DB 구축일자
2013-04-18
키워드
ZnO.다이아몬드박막.탄성표면파.SAW.압전박막.ZnO.Diamond thin film.Surface Acoustic Wave(SAW).Piezoelectric thin film.
초록▼
향후 이동통신의 고주파화에 따라서 관련 부품도 이에 대응한 연구가 활발히 진행되고 있다. 표면탄성파 (surface acoustic wave, SAW) 필터는 고주파부품의 key device로서 앞으로의 시장전망이 매우 유망한 부품중의 하나이다. 특히 국내에서도 이동통신의 급격한 보급증가로 수년내에 주파수 대역을 현재의 900MHz에서 1.5∼2GHz로 변경할 수 밖에 없기 때문에 GHz 대역용 SAW 필터의 개발이 시급한 실정이다.이와 더불어 적합한 재료개발이 진행되고 있는데 대표적인 것이 ZnO 압
향후 이동통신의 고주파화에 따라서 관련 부품도 이에 대응한 연구가 활발히 진행되고 있다. 표면탄성파 (surface acoustic wave, SAW) 필터는 고주파부품의 key device로서 앞으로의 시장전망이 매우 유망한 부품중의 하나이다. 특히 국내에서도 이동통신의 급격한 보급증가로 수년내에 주파수 대역을 현재의 900MHz에서 1.5∼2GHz로 변경할 수 밖에 없기 때문에 GHz 대역용 SAW 필터의 개발이 시급한 실정이다.이와 더불어 적합한 재료개발이 진행되고 있는데 대표적인 것이 ZnO 압전 박막이다.ZnO 박막은 다이아몬드 기판을 사용할 경우에는 Vp를 8,000m/s 이상으로 올릴 수 있다.이 속도는 현재 가장 빠른 36˚Y-X LiTaO3 (LT) 압전단결정의 속도인 4,178m/s보다도 2배 가량 빠른 것이다. 이러한 Vp를 사용하면 2.5GHz의 경우에 LT를 사용한 SAW 필터의 경우 IDT 폭이 0.35㎛ 이어야 하지만, ZnO/diamond는 1㎛로도 실현할 수 있다. 따라서 ZnO/diamond 구조는 상업화가 성공되면 기존의 압접단결정에 비해 저가, 고생산성의 장점을 갖을 수 있을 것이다.ZnO 박막은 ZnO 세라믹 타겟트를 이용하여 rf magnetron sputter 법으로서 증착 하였다. 이 때 산소를 반응성 가스로 Ar과 함께 진공챔버내에 주입시켰다. 증착변수인 기판온도, rf 전력, Ar과 산소의 비의 변화에 따른 ZnO 박막의 증착 특성을 분석하고, 최적조건에서 증착된 박막을 이용하여 ZnO/다이아몬드 구조의 SAW 특성을 분석하였다. 실험에 사용한 다이아몬드기판은 미국의 diamonex사의 DVD polycrystalline diamond thinfilms on silicon wafer로서 두께는 약 5.7㎛±10%, 크기는 Φ4" wafer 인것을 사용하였다.ZnO 박막의 증착 거동에 대한 기본 실험을 하기 위하여 우선 코닝 7050 유리 기판을사용하여 증착 변수에 따른 박막의 성장특성을 규명하였다. 산소가스의 영향을 보면, ZnO박막의 경우 산소를 주입시키지 않은 경우에는 배향성을 갖지 못하고 있으며, 일정양의 산소가 있어야 (002) 배향성을 가진 ZnO 박막이 증착되고 있음을 알 수 있었다. 또한 실험결과에 의하면 rf 전력과 기판온도에 따라서 ZnO 박막의 결정성 및 성장면의 큰 변화가 관찰되고 있는데, 이들 변수의 크기가 증가할수록 SAW 소자에 적합한 양질의 배향성 박막을얻을 수 있었다. 실험에서 얻은 최적 조건은 rf 전력 300W, 기판온도 300℃, Ar/O2=50/50이다. SAW 특성을 분석하기 위하여 diamomd/Si 기판위에 Al 박막을 증착시킨 후 자체제작한 마스크를 이용하여 건식 식각법에 의한 IDT 제작을 시도하였다. 그 다음 위의 최적 조건에서 ZnO 박막을 증착하고 탄성표면파 특성을 분석하였다. 측정에 사용한 디자인은 λ (파장)는 24㎛으로서 측정결과 simulation 값과 실험치가 잘 일치하고 있었다. 측정된 중심 주파수는 250MHz이고, 이로 부터 계산한 ZnO/diamond 구조의 전단 속도는 약6000m/s의 값을 나타냈으며, 이 값은 실제 이론치와 거의 일치하고 있었다.
Abstract▼
With advances in high frequency mobile telecommunications,the demand for the high frequency devices is increasing. One of them is a surfaceacoustic wave filter(SAW filter), which is a key-device in communication systems.Because the domestic mobile communication market is increasing, the
With advances in high frequency mobile telecommunications,the demand for the high frequency devices is increasing. One of them is a surfaceacoustic wave filter(SAW filter), which is a key-device in communication systems.Because the domestic mobile communication market is increasing, the frequency regionis charged form 900MHz range to GHz range. So SAW filters for GHz range shouldbe developed urgently. The representative piezoelectric material for high frequencySAW filter is ZnO thin film. The velocity of ZnO/diamond structure is more than8,000m/s. This is about two times faster than that of 36˚Y-X LiTaO3(LT). Makinguse of this high velocity of ZnO/diamond structure, for example, a 2.5GHz SAW filtercan be achieved by 1㎛ line and space electrodes, whereas a fine pattern electrode of0.35㎛ is necessary for a conventional LT SAW filter.ZnO thin films were deposited by rf magnetron sputter using ZnO target.Oxygen gas was supplied with Ar gas as an oxidizer. Properties of ZnO thin filmswere characterized as a function of substrate temperature, rf powers and Ar/O2 ratio.To study SAW propagation characteristics of ZnO/Al/diamond/Si, we used ZnO thinfilms with highly (002) preferred orientation and CVD polycrystalline diamond thin filmdeposited on Si wafers supplied by diamonex Co.(U.S.A)First, ZnO thin film were deposited on corning 7059 glass substrates to studyfundamental properties of films. According to the experimental results, (002) preferredZnO thin films were grown by purging Ar/O2 mixed gas, but not without oxygen gas.The structure and the orientation of ZnO thin films were and much affected by thesubstrate temperature and rf power. High quality ZnO films were obtained byincreasing their values. Optimum deposition parameters were:300W rf power, 300℃substrate temperature, Ar/O2=70/30. To characterize SAW propagation properties, IDTwas fabricated by etching Al films deposited on diamond/Si wafer with RIE.Measuring λ(wavelength) was 24㎛ and experimental results were well matched withsimulation.Center frequency was 250MHz, and the calculated phase velocity of ZnO/diamond structure was about 6000m/s.
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