TWI543196B - 耐高溫且可導電之薄層 - Google Patents
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Description
本發明係關於用於使壓電元件完成觸碰導電之耐高溫且可導電，譬如以金屬噴鍍層為形式之薄層，其等製造之方法及包含根據本發明薄層之元件。
眾多科技上之應用需要連續工作溫度為300℃及更高溫之可導電金屬噴鍍層，詳細地說，需要其等例如作為觸碰元件或電阻器。雖然此通常可以確實被施作成形式為層體厚度10微米，由耐高溫之金屬或可導電之化合物等所構成之層體，然而如此厚度之層體，尤其是在微米結構及奈米結構範圍內之層體，常常僅能有限度地被使用。
高科技如商業方面相關之應用例如有用於測量物理或化學參數之薄層電阻器，或是還有壓電系統。已知各種不同之壓電材料，其中有些亦可由購買取得，其等可維持安定至1000℃或超過該溫度，並且保持其等壓電之特性。而一旦常見之厚層金屬噴鍍層，由於技術上或其他之理由，無法被使用時，機電耦合所必需之電極於如此高之溫度下時當然即是一項技術上重要之問題。截至目前為止，此處尚缺乏一在技術上可令人滿意並且可以較經濟之方式完成之解決方法，此點尤其對於以表面聲波(AOFW，英文surface acoustic waves，SAW)之原理為依據之元件，為一項重要且使實用性打折扣之問題。
表面聲波元件皆已通過例如頻率濾波器及用於測量物理(溫度、壓力等)及/或化學參數之感測器之測試。此外，已知還有各種不同之應用，於其中表面聲波元件，單獨抑或結合一感測器之功能，被作為可讀出無線電波辨識標記(RFID-標記)使用。此項技術重要之優點係可以完全被動地遠距離掃描表面聲波系統，以及其等原則上可以在一非常寬廣之溫度範圍上安心地被使用。因此，該等感測器或無線電波辨識系統相較於傳統上以半導體為主之系統具有本質上、技術上及實用上之優點。-200℃下之低溫應用與高達至1000℃下之高溫應用於文獻中同樣廣為人知。相應之應用例如包括於冶金上渣罐之標的物追蹤、氣體感測器或與安全有關之陶瓷元件之溫度監控。
鋪設在壓電基板表面上之表層結構體，尤其特別是數位間轉換器及反射器，皆係為設計及建構表面聲波元件上一重要之組成元件。其等所使用之層體通常所具有之層體厚度為1微米，典型之範圍介於100至500奈米之間。如此微薄之層體厚度可以控制方式使表層結構體上之表面波產生完全及部份之反射，以此方式方能施作出複雜之結構體，如反射延遲線或表面聲波共鳴器；所形成之表面聲波元件可以特別有利地連續被使用於感測器及/或無線電波辨識標記上。此外，微薄之層體厚度能使電聲訊號有效地相互連結，且將表面波與結構體交互作用時所造成之機械性之衰減降至最低。於此處關鍵性之因素係為面積之負載，由於如此使用儘可能輕薄之層體，亦即使用密度小之材料，變得很重要。
另一項特別針對於表面聲波應用之關鍵性標準係為可以精確建構薄層金屬噴鍍層，其結構之寬度介於微米至次微米之範圍間，例如手指形區。此處所需要之結構寬度主要取決於所使用之工作頻率；位於工作頻率為例如433兆赫之表面聲波元件上之結構體通常所具有之結構寬度為＞1微米，而讀取工作頻率於超高頻上端之範圍，例如2.4吉赫，之結構寬度則僅大約為300奈米。當結合微薄之層體厚度時，則此者產生小的線橫斷面，此接著又以使用可導電性佳之材料為條件。
最後標準係因技術上及商業上之理由，故而使用下列之材料是為有利的，其等(i)可以經濟之方式取得，且(ii)可利用蒸鍍薄層之標準工序被加工處理。
於標準應用中，表面聲波元件之表面結構體主要係由鋁所組成，如EP-B1 0762641或Buff et al.,Proc. 2003 IEEE Ultrason. Symp.,p. 187-191中所詳述。鋁-金屬噴鍍層係輕質、可導電性極佳且可確切地被建構。薄層之鋁質層體，儘管雖然其熔點為660℃，但卻已自大約300℃起開始軟化，並且尤其特別容易受到應力遷移之影響。此外，鋁顯示出與氧具有高度之化學親和性，且因此被氧化成不能導電之氧化鋁。於＜400℃溫度下進行之氧化反應被限制於一通常介於5至10奈米厚度之表面層體上，結果該金屬噴鍍層之導電性得以保留，氧化層於較高溫度下進行之氧化反應則一直累積，直至厚度達到微米之範圍為止。對於薄層而言，此有可能會造成金屬噴鍍層完全被氧化，而因此導致該被觸碰之元件無法導電。由於多數耐高溫之壓電基板皆含有氧元素，且該等氧元素於100℃之溫度下至少有一部份是可以進行化學反應的，所以此種效應在許多情況中即使經由在無氧之空氣中封裝亦無法被阻止。所以，鋁層整體而言並非用於施作高溫應用上可導電性薄層金屬噴鍍層適用之方法。
從文獻中知悉有許多可供選擇用於施作耐高溫薄層金屬噴鍍層之材料；一相應於表面聲波元件之組成例如係由Hornsteiner et al.,Proc. 1998 IEEE Freq. Control Symp.,p. 615-620,或US-B1 6,958,565等文獻中所得悉。常被使用於該用途之材料尤其為鉑及週期表上鉑族其他之金屬。
雖然鉑，由於其熔點為1769℃，適合作為高溫應用上之材料，並且被使用在多種不同之應用上，然而層體厚度1微米之鉑層僅於某些條件下具有耐高溫之特性。尤其鉑-薄層自大約500℃起有反浸潤及形成島效應之傾向，此實際上於短暫之使用時間之後即已有可能造成結構體之崩解。除層體連續性因遭受破壞而失去導電性以外，反浸潤同樣亦降低層體與基板之聯結。而類似之效應亦可於其他可被考慮使用之金屬，例如鈀(Pd)或鎢(W)，及合金，如鉑+銠(Rh)或鉑+金(Au)，被觀察到。
關於反浸潤之傾向方面，普遍有效者為，如果層體愈薄抑或結構體愈狹窄，則該效應表現愈強烈。當層體厚度及結構體寬度分別至少為數個微米時纔能得到安定之層體，此在數個要點上相左於上文中針對表面聲波元件上之表面結構體所列舉之要求。此問題實際上因下列事實而更加地被強化，亦即被考慮作為耐高溫金屬噴鍍層之材料具有比鋁明顯更高之密度。為以近似之方式維持面積負載、衰減及連結效率之恆定，此處嚴格要求細薄之層體。
為避免發生反浸潤效應，於專業文獻中首先建議使用例如由鈦(Ti)或鋯(Zr)所組成之黏附層，其等通常同時亦作為基板與黏附層間之擴散阻障層(Hornsteiner et al.,Phys. Status Solidi A,163,p. R3-R4;Buff et al.,Proc. 2003 IEEE Ultrason. Symp.,p. 187-191;Thiele & da Cunha,Electron. Lett. 39(10),p. 818-819;US-B1 7,285,894,etc.)。此外，亦建議使用至少經氧化之頂層及不易起化學變化之鈍化層，其等例如由二氧化矽或矽-鋁-氧氮化物(SiAlON)所組成。
於實際之情況中，雖然採用上述之建議可降低反浸潤與其他取決於溫度之老化效應，但卻無法長久一直無止盡地阻止其等不發生。補救之辦法，例如於WO-A2 2009/035797,da Cunha et al.,Proc. 2007 IEEE Ultrason. Symp.,p. 2107-2110及各相關之發表中建議使用由(i)具有高熔點之金屬，特別是鉑、姥或鉑+姥之合金、鉑+銥(Ir)之合金或鉑+金之合金及(ii)二氧化鋯(ZrO2)所組成之層體。
該種金屬/二氧化鋯之層體，通常總厚度為100至150奈米，被視為是目前於高溫應用上完成薄層觸碰導電方面於技術上最佳之配製產物。二氧化鋯於此之作用係作為使金屬層體安定並藉此防止反浸潤及形成島效應發生之組成份。作為黏附層及擴散阻障層方面，較佳使用細薄之鋯-層體；除此之外，該層體還可依照選擇以一不易起化學變化之鈍化層，尤其是由矽-鋁-氧氮化物所組成之鈍化層加以保護。依照上文之作法，相應薄層電極之應用即可以達到1000℃之溫度。然而此方法於實際之應用上充斥著各種相當不利於實用性及商業可競爭性之缺點。
依據文獻記載，二氧化鋯顯示與其他常見耐高溫之導電金屬(請比較WO-A2 2009/035797[0062]及[0095])相互混合之傾向非常微渺。為施作一穩定且可不中斷導電之均質層體，必須於該等系統中建構由許多非常薄之層體，其等以貫通層體之方式彼此相互接觸，所構成之導電層。當沉積更厚之層體時，該等氧化層即作為導電層體間之絕緣層，此將對於該等層體之導電性及高頻率之特性造成不利之影響。同樣地，當使用較厚之導電金屬層體時，由該等被氧化之支撐層之基本二維空間之形式決定，存在有反浸潤之危險。
於前文中已知之實際經驗中，此係由以交替之方式蒸鍍多層，各自為耐受性狹窄，由導電金屬及由鋯或二氧化鋯組成之層體(通常層體之厚度分別為0.5至5奈米)所達成，或是經由於含氧之反應氣體空氣中同時蒸鍍導電金屬及鋯之方式所達成。此二種方式皆涉及高額之生產成本。
第二項值得注意之缺點為，鋯或二氧化鋯，以及各種與其合併使用之導電金屬，例如銠，不屬於薄層蒸鍍中常用之標準材料。連同以均一性及可再現性蒸鍍最薄層體之高度要求導致生產成本高居不下，此生產成本造成阻礙由此方式所製成之表面聲波元件被廣泛使用於商業用途上。
第三項顯著之缺點係因前文中已知層結構體之典型材料特性所致。鉑例如比鋁具有明顯更差之導電性，此種情況遂需要有相當大之導線橫斷面以符合所容許之電阻值。由於層體之厚度受限於鉑金屬之高密度，故此所需要之結構體寬度通常為1微米。依此，鉑或鉑/二氧化鋯結構體被限縮於工作頻率＜1吉赫之範圍，此種情況於是大大限制該等系統之選擇性及測量敏感度。
補救辦法所建議之使用銠作為導電金屬，由於相較於鉑具有較低之密度及較佳之可導電性，雖然對技術上之初始情況有所改善，但是由於生產和材料之成本高昂，尤其是銠層，所以為一僅可實際使用於特殊用途上之方法，例如於軍事範疇上。
因此截至目前為止，整體而言，在製造可以經濟方式生產並且對其他技術具有競爭性之耐高溫且可導電性佳之一般性薄層結構體及超高頻適用之專門性表面聲波元件金屬噴鍍層方面，尚無在技術上令人滿意之方法。
於此，本發明要提出補救方法。
因此，根據本發明建議耐高溫且可導電之薄層，其由兩種互補之組成份所組成，亦即一可導電之材料(導電金屬)，熔點＞1500℃及一氧化鋁組成份，其作為該導電金屬之結構導向劑。所述之導電金屬係指單一之金屬元素或該金屬之合金。選擇作為導電金屬之先決條件是熔點要＞1500℃。而可能作為氧化鋁組成份者有：所有氧化鋁之化學計量式，但亦包括非化學計量式及氧化鋁/鋁混合物。該含有導電金屬組成份和氧化鋁組成份之互補性系統被稱之為薄層或導電層。
不同於前文中所知之系統，鋁和氧化鋁在溫度之控制下與導電金屬充分均勻混合，此步驟於根據本發明之層體中特別被用到，其目的在降低生產成本並改善層體之安定性。
於一以特別有利之方式製造該等層體之中建議使用多鋁，非化學計量之氧化鋁(「氧化鋁+鋁」)。該等組成份，同樣亦被視為由化學計量之氧化鋁(III)及金屬鋁所組成之混合物，接連同時作為結構組成份及合金之元素使用。必要者是來自於該氧化鋁+鋁之組成份中游離且可進行化學反應之鋁與導電層之金屬形成合金，由此層體重要之性質，特別是可導電性，可藉由控制鋁/導電金屬之比例被加以操控。
此外，根據本發明所使用之氧化鋁亦可作為黏附層、擴散阻障層及/或不易起化學變化之鈍化層使用。
根據本發明之層體組構，因此可使耐高溫且具有密度較低及可導電性佳之薄層金屬噴鍍層，以較經濟之方式於使用一般常用且廣為流傳薄層蒸鍍之方法和材料下，於標準之設備中進行施作。
根據本發明之層體結構基本上係由二種滿足功能互補之組成份，即(i)一耐高溫之導電金屬，及(ii)一以氧化鋁為主之結構組成份。
耐高溫之導電金屬，其以50%(體積/體積)而為混合層體中佔多數組成份，係作為基本材料及電流之導電層。於施作層體時，許多各式不同具有適當之性質，尤其是對於本應用具有夠高之熔點＞1500℃，在高溫下相應之熱機械方面之性質以及抗氧化之性質之材料皆可被列入考慮。
鉑，具備高熔點、高密度及有限之可導電性，係一特別偏好被使用之層體材料。
為使所建議之薄層金屬噴鍍層之導電值和密度，還有熱反應(熔點等)適合各種用途，可將至少其中部份之鉑，如果需要時亦可將全部之鉑以其他高熔點之金屬取代之，而且此對於特定之用途是有利的。此處該基本原則是有效的，即最終薄層之性質會依循該取代物質大部分之性質；所以，鈀或銠具有比鉑還要低之密度，此情形例如對於設計高工作頻率之表面聲波元件是有利的。所以，藉由以鈀、鉬(Mo)、鉻(Cr)、鈦、鉭(Ta)、鎢、銥及/或銠等元素之至少其中一者將鉑取代，抑或將鉑與鈀、鉬(Mo)、鉻(Cr)、鈦、鉭(Ta)、鎢、銥及/或銠等元素之至少其中一者形成合金之方式以調整層體之性質是可行的。
根據本發明層體之氧化鋁組成份於高溫下，通常於一回火之步驟中，於數小時之內形成一於三度空間上瀰漫整個金屬噴鍍層之安定結構。此結構體接著使該金屬導電層安定不發生島效應及反浸潤現象。於此，必要者是鋁或氧化鋁，不同於例如二氧化鋯(ZrO2)，於高溫下與所使用之導電金屬充分混合。於熱處理之後，該層體橫切面之電子顯微鏡攝影圖顯示出均勻之導電層，依據圖1中之層體30，同樣情形亦顯示在逐層鋪設之層體上(請比較圖3)。此結果帶來諸多實用上之優點。
首先，根據本發明組成份充分混合之傾向可逐層地將該二層體組成份鋪設成相較下較少且較厚之材料層體(31、32)形式，而不會形成具有絕緣性之氧化物區塊或具有反浸潤風險之金屬區塊。此情形大大減少前文中所知系統所花費之生產成本。
其他之優點還有(i)鋁，和鋯不同，係為薄層蒸鍍中常用之材料，以及(ii)氧化鋁所具有之密度比二氧化鋯低大約30%，以此特性可以施作面積負載相應較少之層體，或於相同之面積負載下橫切面較大一些，故電阻較小之層體。
當建議在進一步製造根據本發明之層體中使用多鋁、非化學計量之氧化鋁時，氧化鋁+鋁之組成份，其除所述作為三度空間之結構組成份之功能外，於高溫之下還使耐高溫之導電金屬與鋁形成合金。與前文中所知之系統不同，使用一與該導電金屬形成合金之組成份可透過適當選擇導電金屬與金屬鋁之比例以對層體之性質進行特別之操控，並與用途相配合。此種亦曾經過基本分析方法證明過之過程尤其特別影響著導電層之導電性質；由於鋁具有優良之導電值，故提升該層體之可導電性。同時，還可影響熱機械方面之性質，如質量密度及脆性。
此外，金屬鋁由於其對氧具有高度之親和性，故還可作為抑制導電金屬氧化之除氧劑。穿透式電子顯微鏡(TEM)之研究指出接近表層之鋁會往表層移動，並在該處形成一層薄薄牢固附著之氧化鈍化層；與此同時，位於層體內部之鋁遂於原地作為氧化之抑制劑。此兩種金屬組成份於此以共生方式作用著：導電金屬，連同表層之氧化層一起使充氧量降至最低，並因此於高溫下防止鋁完全氧化，而形成合金之鋁則將滯留之氧結合成氧化鋁，其接著更加強化結構體之組成份。
除此之外，選擇以氧化鋁+鋁或以化學計量之氧化鋁為主之氧化鋁層體亦可作為基板與金屬噴鍍層間之黏附層，作為擴散阻障層以防止層體結構重新整理或防止基板表面之組成因於高溫下直接接觸而有所改變，以及使基板鈍化及/或作為薄層金屬噴鍍層上具有鈍化作用之頂層。
結果得到耐高溫，藉由用於薄層蒸鍍之標準製作方法亦可於側面建構施作之層體，其等相較於傳統之鉑層或鉑∣二氧化鋯層具有較佳之可導電性和較低之密度。此性質可施作出相較下面積負載較低之緊密結實之結構。整體而言，根據本發明之層體組帶給許多技術上及經濟上之優點：所有使用之起始材料皆是一般所常用，而且可以安心地加工處理，且與前文中所知之系統不同，不需高度精準地沈積出層體厚度＜5奈米之超薄層體。
黏附層、擴散阻障層及/或具有鈍化作用之頂層較佳由相同之材料，如導電層之結構組成份所組成，因此在生產過程中無額外之花費可以吸收。
由於該等因素，根據本發明之層體可以比較經濟之方式生產，因此比前文中所知之系統在面對其他技術上具有更佳之競爭性。
從技術觀點出發，於相同之面積負載下密度較低者能夠施作較厚之導電層體，依此可進一步改善可達到之高溫安定性。
同樣經過改善之可導電性同時可施作實施例，其具有較小之導線橫切面，並因而具有較狹窄之結構體。此在表面聲波之應用上一般而言是令人感興趣，尤其是對較高工作頻率之表面聲波應用是有利的。
根據本發明之導電層可端視所使用之用途被鋪設在各種不同壓電如惰性之基板上。在表面聲波系統長時間使用溫度＞300℃之高溫應用方面特別令人感興趣者例如有源自於(i)矽酸鎵鑭(LGX)-家族(矽酸鎵鑭(Langasit)La3Ga5SiO14、鈮酸鎵鑭(Langanit)La3Ga5.5Nb0.5O14及鉭酸鎵鑭(Langanat)La3Ga5.5Ta0.5O14，及其等之取代型同晶體，例如La3Ga5.25Ta0.25Si0.5O14或La3Ga5Zr0.5Si0.5O14)，(ii)與其結構同形且共通組成為A3BC3Si2O14之化合物，例如Sr3TaGa3Si2O14、Sr3NbGa3Si2O14、Ca3TaGa3Si2O14或Ca3TaAl3Si2O14，(iii)於非壓電性基板上外延生長之具有III-V-化合物半導體性質之壓電金屬氮化物層，尤其是氮化鋁(AlN)及氮化鎵(GaN)，(iv)硼酸氧鈣鑭系元素(Lanthanoid-Calcium-Oxyborate)，尤其是GdCa4O(BO3)3、YCa4O(BO3)3及LaCa4O(BO3)3,(v)鈮酸鋰(Lithiumniobate)(LiNbOx，x3)及(vi)磷酸鎵(GaPO4)等之基板材料。
層體鋪設可以各種不同之方式完成，其中各組成份相對之比例亦可隨所使用之用途加以改變。層體鋪設特別佳之方法為(i)以一層導電金屬然後一層氧化鋁組成份相互交替之形式鋪設，及(ii)以均勻之導電金屬∣氧化鋁混合層之形式鋪設之。
於第一種較佳之製造方法中，所產生之層體係由數層(數目n)導電金屬層與氧化鋁+鋁層或氧化鋁層以彼此交替之方式鋪設而成(圖3)。於此，導電金屬層體(31)與氧化鋁層體(32)之層體厚度比例一般介於4：1至3：2之範圍內。鋪設通常分別從5至20奈米厚度之層體可利用任何習知技藝人士充分知曉之物理氣相蒸鍍法(PVD)及/或化學氣相蒸鍍法(CVD)完成之。氧化鋁層之製備較佳於一經過控制含有氧氣之反應氣體空氣中將鋁蒸鍍或濺鍍之方式進行；該反應氣體中之氧含量可調節鋁被氧化成氧化鋁+鋁或化學計量上之氧化鋁之程度，並可利用此方式連同選擇相對之層體厚度對層體之性質進行特別之操控。
整個層體之厚度可透過單一層體(31、32)之厚度及導電金屬/氧化鋁雙層體之數目n來控制。在表面聲波元件方面，其層體之總厚度通常為50至200奈米；而在其他用途方面，亦可施作其他尤其是更大之層體厚度。
將導電金屬與氧化鋁分開蒸鍍，此方法尤其非常適合於對於氧化作用具有敏感性，或基於其他理由無法與在氧化條件下進行之鋁蒸鍍同時被鋪設於基板上之導電金屬。
再者，以逐層方式鋪設層體可施作層體，其等具有超過可變層體組成之層體強度。於此，導電金屬與氧化鋁之比例，於需要時鋁組成份中鋁與氧化鋁之比例，及/或導電金屬相關於由層體所堆疊之層體堆中位置之組成皆可依選擇做改變。由此，例如即可藉由適當改變蒸鍍之條件以一經過更強烈氧化，維持結構並具有鈍化特性之覆蓋層包覆一與鋁形成合金程度更高，因而導電性更佳之層體核心層。
於第二種較佳之製造方法中，導電金屬及氧化鋁同時被蒸鍍成為均勻之層體(30)。此步驟例如可經由利用分別數個來源，或具有兩種或數種金屬適當組成之單一來源在一含有氧之反應氣體中同時蒸鍍或濺鍍之方式進行之。
生產成本低及層體均勻度最理想是此方法之特徵，然而此方法卻受限於對氧親和性低之導電金屬材料，尤其是鉑元素。
與所選擇蒸鍍之方式無關，當加熱至溫度超過大約500℃時，層體即發生改變。
游離之鋁其中一部份與導電金屬形成合金，並因而影響層體之性質，尤其是可導電性，其中一部份游離之鋁擴散至表層，並於該處與來自周圍(保護氣體)空氣或來自基板材料之氧氣形成一鈍化層。層體對溫度之安定性據此而獲得改善。
對於依逐層方式蒸鍍之層體，加熱至溫度超過大約500℃此外還會造成已經談論過之個別層體充分之混合；由於此緣故，形成一大部分均勻之層體，依據圖1之層體30。
層體於高溫下發生變化造成層體性質於前幾個小時內在高溫之壓力下產生改變。此所謂之預燒效應可於使用上造成訊號於整段使用時間發生改變，或造成干擾。由於此緣故，對許多各種之用途有利之作法是將蒸鍍完成之層體於使用之前先經過一通常為600℃之特殊回火步驟。或者亦可於使用時進行回火步驟，並接受或以適當之方式，例如經由適當之評估算法抵銷由回火步驟所產生之訊號改變。
對於此二種較佳之製造方法，通常有意義之作法是在蒸鍍導電層之前，在基板上鋪設一擴散阻障層以防止基板及導電層之間發生物質交換，此阻障層同時又作為黏附層使用。黏附層/擴散阻障層(21)最理想之厚度於此係根據所提出之要求及所使用之材料；通常黏附層/擴散阻障層之層體強度介於5至30奈米之範圍內。層體應同時儘可能細薄(圖3a)，以使薄層金屬噴鍍層之總高度及面積負載維持在低值，以及層體應足夠厚，以便於即使在由層體所堆疊之層體堆在以溫度為條件之混合之後仍做為可靠之擴散阻障層使用。尤其特別是當使用其他於化學上互不相容之導電層/基板之配對時，常常必須將黏附層/擴散阻障層施作得比較厚，如於圖3b中範例所示。
為改善高溫下之耐受性，有意義之作法還有以一特殊且具有鈍化作用之頂層(22)覆蓋在導電層上(圖3b)。同樣於此處，通常有意義之作法是將層體施作得比較厚些，以確保頂層亦經由高溫下之充分混合後之層體完整性。
為更進一步改善層體與基板於高溫下之安定性，通常有利之作法係將薄層金屬噴鍍層與基板(10、11)覆蓋上一連續不中斷、於溫度安定及不導電之鈍化層(23)，如圖2中於使用根據本發明之金屬噴鍍層之表面聲波元件之範例所示；該鈍化層通常層體之厚度介於5至30奈米之範圍內。
同樣地，亦為有利之作法係將基板覆蓋上一連續不中斷、於溫度安定及不導電之基板鈍化層(24)，如圖3a中範例所示。
尤其有效之作法係對該等額外之層體，即黏附層/擴散阻障層(21)、頂層(22)及鈍化層(23、23)使用與導電層結構組成份相同之材料，即氧化鋁或氧化鋁+鋁。亦或是同等可行之作法係使用適當之材料，例如二氧化矽、二氧化鋯或矽鋁氧氮化物(SiAlON)，作為黏附層、擴散阻障層、基板鈍化層及/或具有鈍化作用之頂層。
10．．．基板
11．．．壓電表面聲波基板
21．．．黏附層及/或擴散阻障層
22．．．頂層
23．．．鈍化層
24．．．基板鈍化層
30．．．導電層
31．．．單一層體
32．．．單一層體
n．．．雙層體之數目
根據本發明之層體組構及其實際之實施將依據下列圖示進行說明。
圖1係於貫穿層體之橫切面中顯示根據本發明之耐高溫金屬∣氧化鋁(Al2O3)或金屬∣氧化鋁+鋁之薄層於一相似於三明治之實施例中，其中含有一介於基板(10)與金屬噴鍍層間之黏附層/擴散阻障層(21)，一頂層(22)及一埋置於該等層體間之導電層(30)。
圖2係於貫穿一典型表面聲波表面結構體之其中一部份之橫切面中顯示實現完成表面聲波元件之基本排列，其中於壓電表面聲波基板(11)上利用根據本發明建構在側面之薄層金屬噴鍍層，再加上另外一層連續不易起化學變化之鈍化層(23)。
圖3呈示用於製造根據本發明耐高溫薄層之堆疊層體之基本組構，其中該堆疊層體係由n個導電金屬層體(31)及氧化鋁(Al2O3)-或氧化鋁+鋁層體(32)依順序排列所組成，a)係為一可行之實施例，其具有一同時亦作為金屬噴鍍層之黏附層使用而且連續不中斷之基板鈍化層(24)，及b)係為另一可行之實施例，其具有頂層(22)且黏附層(21)及頂層(22)之層體厚度增加，於此例中被侷限於金屬噴鍍層之範圍內，此二實施例分別以貫穿該層體之剖視圖呈現。
10．．．基板
21．．．黏附層及/或擴散阻障層
22．．．頂層
30．．．導電層
Claims (16)
- 一種適合用於溫度超過300℃，具有≦1微米之厚度並鋪設至堅固基板之耐高溫且可導電之薄層，其特徵為，該薄層係由二種互補組成份之混合物所組成，即一可導電之材料(導電金屬)，其熔點>1500℃，及一由多鋁之氧化鋁以多鋁非化學計量之氧化物或氧化鋁(III)/鋁混合物形式所形成之氧化鋁組成份，其作為該導電金屬之結構導向劑。
- 根據申請專利範圍第1項所述之耐高溫且可導電之薄層，其特徵為，該導電金屬係由鉑、鈀、鉬、鉻、鈦、鉭、鎢、銥、銠，或該等金屬之合金所組成。
- 根據申請專利範圍第2項所述之耐高溫且可導電之薄層，其特徵為，該導電金屬占整個薄層之比例為至少50%(體積/體積)。
- 根據申請專利範圍第3項所述之耐高溫且可導電之薄層，其特徵為，該導電金屬占整個薄層之比例為60%(體積/體積)至80%(體積/體積)。
- 一種製造根據申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之耐高溫且可導電之薄層之方法，其特徵為，該導電金屬及該氧化鋁組成份係以交替之方式，以形式呈細薄之相應組成之導電金屬層及氧化鋁層，鋪設於一表面上，直到達到所要之層體厚度≦1微米為止，及該等蒸鍍完成之層體於使用之前先經歷一達數小時於通常溫度在600℃或更高溫度下之回火步驟，由此混合個別層體，使氧化鋁組成份及導電金屬之混合物形成。
- 一種製造根據申請專利範圍第5項所述之耐高溫且可導電之薄層之方法，其特徵為，細薄之導電金屬層及氧化鋁層之厚度範圍為從5奈米至20奈米。
- 一種製造根據申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之耐 高溫且可導電之薄層之方法，其特徵為，該導電金屬及該氧化鋁組成份係同時，尤其以同時蒸鍍或濺鍍導電金屬及金屬鋁之方式於一具有氧化力之反應氣體空氣中被鋪設至一表面。
- 根據申請專利範圍第5項或第7項所述之製造耐高溫且可導電之薄層之方法，其特徵為，於蒸鍍可導電之薄層之前及/或之後，另外再鋪設黏附層、擴散阻障層及/或頂層至基板及/或可導電之薄層。
- 一種耐高溫之元件，其包含一基板及一根據申請專利範圍第1項至第3項任一項所述特徵之導電薄層。
- 根據申請專利範圍第9項所述耐高溫之元件，其特徵為，一黏附層及/或擴散阻障層，存在於基板與可導電之薄層之間。
- 根據申請專利範圍第10項所述之耐高溫之元件，其特徵為，該擴散阻障層係以氧化鋁為主。
- 根據申請專利範圍第9項或第10項所述之耐高溫之元件，其特徵為，存在至少一覆蓋該導電薄層及/或基板之具有鈍化性質之頂層。
- 根據申請專利範圍第12項所述之耐高溫之元件，其特徵為，該頂層係以氧化鋁為主。
- 一種表面聲波(AOFW)元件，尤其係針對使用於300℃或更高之高溫下，此外還包含一壓電基板及一根據申請專利範圍第1項至第3項任一項所述特徵之導電薄層。
- 根據申請專利範圍第14項所述之表面聲波元件，尤其係針對使用於300℃或更高之高溫下，此外，其特徵為，該壓電基板係由該組：由矽酸鎵鑭(LGX)-家族，尤其是矽酸鎵鑭(Langasit)(La3Ga5SiO14)、鈮酸鎵鑭(Langanit)(La3Ga5.5Nb0.5O14)或鉭酸鎵 鑭(Langanat)(La3Ga5.5Ta0.5O14)，或其等之取代型同晶體，例如La3Ga5.25Ta0.25Si0.5O14或La3Ga5Zr0.5Si0.5O14等所組成對高溫安定之材料，或與其結構同形且共通組成為A3BC3Si2O14之化合物，例如Sr3TaGa3Si2O14、Sr3NbGa3Si2O14、Ca3TaGa3Si2O14或Ca3TaAl3Si2O14，或硼酸氧鈣鑭系元素，尤其是GdCa4O(BO3)3、YCa4O(BO3)3或LaCa4O(BO3)3，或鈮酸鋰(LiNbOx，x3)，或磷酸鎵(GaPO4)等所選出。
- 根據申請專利範圍第14項所述之表面聲波元件，尤其係針對使用於300℃或更高之高溫下，其特徵為，該壓電基板係以於一非壓電基板上外延生長之壓電金屬氮化物層，其具有III-V-化合物之半導體性質，尤其是氮化鋁(AlN)及氮化鎵(GaN)，所構成。
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