Verkapselte CMOS-kompatible mikromechanische Hochfrequenz-Resonatoren in SOI

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jörg Müller
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 22974878

Ziel des Vorhabens ist der Entwurf, die Modellierung, die Realisierung und Charakterisierung von auf Substratebene hermetisch verkapselten mikromechanischen Resonatoren hoher Güte (>1000) für Frequenzen oberhalb von l GHz in monokristallinen SOI(Silicon-On-Insulator)- Substraten für vollständig integrierte frequenzselektive Nachrichtensysteme. Durch Aufbau vorzugsweise von Ringresonatorstrukturen im monokristallinen Silizium - realisiert in der oberflächennahen Monosilizium-Mikromechanik - und deren Anregung durch tiefe Spalte mit Weiten von wenigen 10nm - realisiert durch eine Spacertechnik im Zuge der Abscheidung von Opfer- und Elektrodenschichten - können so die hervorragenden mechanischen Eigenschaften des monokristallinen Siliziums wie Dauerschwingfestigkeit, Hysterese- und Driftfreiheit sowie vernachlässigbare mechanische Verluste kombiniert werden mit den Vorzügen der Siliziumöberflächenmikromechanik wie geringen Koppelverlusten und Ansteuerspannungen. Die Freilegung der Resonatoren erfolgt von der Rückseite durch Kanäle in den auf wenige 10 um gedünnten Siliziumsubstraten. Da die Oberseite keinen Freiätzprozess erfordert, ist der Herstellungsprozess nicht nur vollständig kompatibel mit der CMOS-Technologie. Durch Entfernen der Opferschichten durch enge Zugänge von der Substratrückseite - erzeugt ebenfalls in der oberflächennahen Monosilizium-Mikromechanik - können die Systeme außerdem ohne zusätzliche Montageschritte durch Verschluss der rückseitigen Ätzkanäle in einem PECVD-Prozess bei niedrigem Druck hermetisch dicht verkapselt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen