Epitaktische Abscheidung oxidischer piezoelektrischer Schichten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Holger Fritze
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262765916

Die Präparation und Charakterisierung oxidischer und damit oxidationsbeständiger Elektroden erfolgt auf einkristallinen piezoelektrischen LGS-Substraten (La3Ga5SiO14). Der wesentliche Untersuchungsgegenstand sind epitaktisch abgeschiedene LGS-Schichten, die mit Hilfe von Dotierungen eine möglichst hohe elektrische Leitfähigkeit in Bezug auf das Substrat zeigen und auf diese Weise als Elektroden für z. B. piezoelektrische Resonatoren fungieren. Dabei ist ein großer Unterschied der Leitfähigkeit von Elektrode und Substrat zu fordern, so dass sich ein homogenes elektrisches Feld zwischen den Elektroden einstellt. Der Unterschied der Leitfähigkeiten kann durch die Verwendung piezoelektrischer Substrate mit geringerer Leitfähigkeit unterstützt werden. Da mit Beginn des Projektes entsprechende neue piezoelektrische Kristalle der LGS-Familie, konkret CTGS-Kristalle (Ca3TaGa3Si2O14), in ausreichender Größe und Qualität zur Verfügung stehen, werden diese Kristalle ebenfalls als Substrat verwendet und in die Untersuchungen einbezogen. Es handelt es sich um LGS-Isomorphe, die nur geringfügig abweichende Gitterkonstanten aufweisen. Die Einbeziehung von CTGS-Substraten stellt eine Erweiterung des Arbeitsprogramms dar.Insgesamt kann festgestellt werden, dass monolithische bzw. nahezu monolithische Elektroden bei 1000 °C funktionsfähig sind und zu einer moderaten Verbesserung des Gütefaktors bei hohen Temperaturen führen. Von Bedeutung ist der unerwartete Temperaturgang der Frequenz, der neue Forschungsperspektiven eröffnet. Daher soll bei der Fortsetzung des Projektes der Schwerpunkt von der Schichtentwicklung zu akustischen Eigenschaften im Wechselspiel mit der Elektrodenleitfähigkeit verschoben werden. Einen wesentlichen Aspekt stellen temperaturkompensierte Resonatoren dar. Zum Verständnis müssen die Schwingungsmoden bestimmt und die Hypothese überprüft werden, dass es sich um eine Überlagerung von Transversal- mit Lateralschwingungen handelt, die sich anhand der Leitfähigkeit der Elektroden einstellen lässt. Eine wesentliche Fragestellung ist, ob insbesondere die Position und die Breite des Maximums der temperaturabhängigen Resonanzfrequenz gezielt beeinflusst werden kann, so dass sich maßgeschneiderte Resonatoren mit einem geringen Temperaturgang für bestimmte Temperaturbereiche ergeben. Um eine große Spanne der Elektrodenleitfähigkeit zu erreichen, sollen von LGS abweichende, d. h., nicht epitaktische oxidische Schichten einbezogen werden.Zu lösende Aufgaben umfassen die Bestimmung der Schwingungsmoden durch Messung der lateralen und transversalen Auslenkungen der Resonatoren. Da bei hohen Temperaturen mit Auslenkungen im (Sub-)Nanometerbereich zu rechnen ist, stellt dies eine Herausforderung dar. Weiterhin ist eine umfassende strukturelle, chemische, elektrische und elektromechanische Charakterisierung des Verbundes von Schicht und Substrat erforderlich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen