PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10254611B4 19.04.2007
Titel Kristalloszillator und Verfahren zu dessen Herstellung
Anmelder Humo Laboratory, Ltd., Tokyo, JP
Erfinder Takahashi, Naoyuki, Hamamatsu, Shizuoka, JP;
Nakamura, Takato, Hamamatsu, Shizuoka, JP;
Nonaka, Satoshi, Hamamatsu, Shizuoka, JP;
Yagi, Hiromi, Hamamatsu, Shizuoka, JP;
Shinriki, Yoichi, Tachikawa, Tokyo, JP;
Tamanuki, Katsumi, Kanagawa, JP
Vertreter Zenz, Helber, Hosbach & Partner GbR, 45128 Essen
DE-Anmeldedatum 22.11.2002
DE-Aktenzeichen 10254611
Offenlegungstag 16.10.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse H03H 3/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H03B 5/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf Kristalloszillatoren, die für oszillierende Einrichtungen mit einem Dünnfilmkristalloszillator verwendet werden, und insbesondere auf Kristalloszillatoren mit einem Kristallfilter (crystal filter). Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen des Kristalloszillators.

Ein Kristalloszillator weist üblicherweise einen auf Grundlage der erforderlichen Leistungsfähigkeit ausgelegten Kristallstreifen, auf der Oberfläche des Kristallstreifens angeordnete Dünnfilmelektroden und ein Gehäuse mit einer dünnen Stützplatte auf, die sowohl als mechanische Stütze als auch als elektrische Leitung dient, wobei der Kristallstreifen und die Dünnfilmelektroden in dem Gehäuse versiegelt aufgenommen sind. Andererseits ist ein Kristallfilter eine Einrichtung mit der Funktion, gewünschte Frequenzkomponenten aus verschiedenen Signalkomponenten zu extrahieren und unerwünschte Frequenzkomponenten zu dämpfen. Unter solchen Filtern ist ein MCF (Monolithischer Kristallfilter bzw. Monolithic Crystal Filter) verbreitet, der zwei auf einem kristallinen Waver angeordnete Elektroden umfaßt und Filtercharakteristika aufweist, die auf einer Kombination von zwei Schwingungsmodi basieren. Da sich die Erfindung allgemein auf Kristalloszillatoren, deren Strukturen und Herstellungsverfahren bezieht, umfaßt der Begriff Kristalloszillator auch Kristallfilter und wird hier in einem breiten Sinn verwendet.

Kristalloszillatoren sind als wichtige Einrichtungen und aufgrund ihrer hohen Stabilität unentbehrlich für die Datenkommunikation. Mit der jüngsten Entwicklung von Kommunikationssatelliten und Mobiltelefonen wurden eine hohe Leistungsfähigkeit und Miniaturisierung notwendig.

Auf Basis der obigen Anforderungen wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Ein Verfahren zur Herstellung eines monokristallinen Dünnfilmkristalls durch einen Sol-Gel-Prozeß ist in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 8-157297 offenbart. Ein Verfahren zum Verarbeiten eines Rohkristalls ist in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 5-327383 offenbart. In der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-270300 schlagen die Erfinder ein Gasphasen-Epitaktisches Verfahren (AP-VPE) bei Atmosphärendruck vor, bei dem das epitaktische Wachstum auf einem Träger durch die Reaktion von Silizium-Alkoholat mit Sauerstoff bei Atmosphärendruck ohne die Verwendung einer Vakuumvorrichtung erfolgt.

Aus der US 6,028,020 ist ein einkristalliner Quarz-Dünnfilm und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Der Kristall weist einen schwingenden Zungenabschnitt auf, der mit Anregungselektroden versehen ist.

Die EP 0 823 780 A1 beschreibt ein Anordnung, bei der Halbleiterschaltungen auf einem Halbleiterkristall-Träger eines Kristalloszillators angeordnet werden.

Da die in mobilen Kommunikationssystemen verwendeten Frequenzen den GHz-Bereich erreicht haben, sollen die darin verwendeten Kristalloszillatoren höhere Frequenz hervorbringen.

Da die Schwingfrequenz eines Kristalloszillators umgekehrt proportional zur Dicke des Rohkristalls ist, sollte der Rohkristall eine geringe Dicke aufweisen. Es ist jedoch schwierig, durch heutige Verarbeitungsverfahren einen Rohkristall mit einer Dicke von 40 µm oder weniger herzustellen. Daher übersteigen die Schwingfrequenzen von in Massenproduktion hergestellten Kristalloszillatoren bei Verwendung der Grundschwingung nicht 40 MHz.

Zur Erhöhung der Frequenz ist es notwendig, ein Verarbeitungsverfahren wie z.B. Naßätzen oder Trockenätzen anzuwenden. Wenn jedoch die Ätzrate zur Verbesserung der Dickenkontrolle herabgesetzt wird, entsteht das Problem, daß es lange dauert, die gewünschte Dicke zu erreichen, weil eine große Anzahl von beim Ätzen gebildeter Kristall-chippings entfernt werden müssen.

Zur Lösung des obigen Problems haben die Erfinder ein Gasphasen-Epitaktisches Verfahren bei Atmosphärendruck (AP-VPE) entwickelt, bei dem das epitaktische Wachstum auf einem Trägermaterial durch die Reaktion von Silizium-Alkoholat mit Sauerstoff bei Atmosphärendruck ohne Verwendung einer Vakuumvorrichtung erfolgt, und sie haben die japanische Patentanmeldung Nr. 2000-270300 eingereicht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Kristalloszillator mit einem Träger und einem durch das oben erwähnte Verfahren auf dem Trägermaterial gebildeten Dünnfilmkristall zur Verfügung zu stellen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen des Kristalloszillators zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kristalloszillator gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7 gelöst.

Der Träger des Kristalloszillators besteht vorzugsweise aus einem Einzelelement-Halbleiter, einem Verbundhalbleiter oder einem Oxid.

Der Einzelelement-Halbleiter besteht aus Si oder Ge, der Verbundhalbleiter besteht aus GaAs, GaP, GaN, ZnS oder ZnSe und das Oxid ist ein AL2O3, ZnO oder MgO.

Der Kristalloszillator enthält ferner eine Halbleiterschaltung in einem Bereich des Trägers, in dem sich der schwingende Zungenabschnitt nicht befindet, wobei der Träger ein Halbleiterkristall ist.

Zur Lösung der obigen Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Kristalloszillators ein kristalliner Wafer als Träger ausgebildet, auf dem Träger eine kristalline Schicht epitaktisch aufgebaut, ein schwingender Zungenabschnitt durch Bearbeiten der kristallinen Schicht und des Trägermaterials gebildet und Anregungselektroden zum Anregen des schwingenden Zungenabschnitts geschaffen.

Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Kristalloszillators wird vorzugsweise auf dem kristallinen Wafer eine Pufferschicht angeordnet, wobei der schwingende Zungenabschnitt auf der Pufferschicht angeordnet wird.

Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Kristalloszillators wird vorteilhafterweise ferner der Träger nach dem epitaktischen Wachsen des Dünnfilmkristalls auf dem Träger bearbeitet, wobei ein Teil oder der gesamte bearbeitete Träger eine Dicke von einigen Hundert Mikrometern aufweist.

Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Kristalloszillators wird vorzugsweise ferner der Dünnfilmkristall oder der Träger teilweise durch mechanische oder chemische Behandlung, nach dem Bilden des Dünnfilmkristalls durch epitaktisches Wachsen, entfernt.

Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kristalloszillator mit einem Träger, der eine auf seiner einen Seite ausgebildete und durch Bearbeitung geschaffene Ausnehmung mit einer inversen Mesa-Form aufweist, einen auf der anderen Seite des Träges durch epitaktisches Wachsen gebildeten Dünnfilmkristall mit einer Dicke von 10 µm oder weniger, einem schwingenden Zungenabschnitt und Anregungselektroden zum mechanischen Stützen des Dünnfilmkristalls und zum Schwingen des schwingenden Zungenabschnitts.

Wie oben beschrieben wird erfindungsgemäß der Dünnfilmkristall unmittelbar auf dem Träger gebildet, der aus einem durch epitaktisches Wachstum geschaffenen Einelement-Halbleiter wie Ge und Si, Verbundhalbleiter oder Oxid besteht. Der Dünnfilmkristall kann also sehr genau bearbeitet werden und extrem dünn hergestellt sein, so daß Kristalloszillatoren mit einer Resonanzfrequenz von mindestens 100 MHz und mit einem Dünnfilmkristall mit einer Dicke von 20 µm oder weniger leicht hergestellt werden können, was auf konventionellem Weg nicht erreicht wurde.

Ferner hat der Dünnfilmkristall eine extrem geringe Dicke und ist leicht zu handhaben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Kristalloszillators ist es nicht erforderlich, Kristall-chippings während des Ätzschrittes zu entfernen, während hingegen das Entfernen bei konventionellen Verfahren erforderlich war. Die Herstellungskosten können also reduziert werden.

Erfindungsgemäß kann eine als Oszillatorschaltung verwendete Halbleiterschaltung auf dem Träger eines Kristalloszillators gebildet werden, d.h., es wird in integrierter Weise ein Kristalloszillator mit einer Oszillatorschaltung geschaffen. Wenn der Kristalloszillator in einem Kristallfilter verwendet wird, kann ein integrierter Filter mit einem Vorverstärker oder einem Pufferverstärker in integrierter Weise geschaffen werden. Ein derartiger integrierter Filter weist Filter-Charakteristika auf, die unempfindlich gegenüber Störungen von externen Schaltungen sind. Weiterhin ist die Impedanzanpassung des integrierten Filters einfach.

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen durch ein erstes Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Kristalloszillator.

2 zeigt eine Schnittansicht des Kristalloszillators nach 1;

3 zeigt eine Schnittansicht eines anderen Kristalloszillators, der durch ein von dem ersten Verfahren abgewandeltes zweites Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden ist;

4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen durch ein drittes Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Kristalloszillator ohne Elektroden;

5 zeigt eine Schnittansicht des in 4 gezeigten Kristalloszillators;

6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kristalloszillators mit Elektroden, der durch das dritte Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden ist;

7 zeigt eine Schnittansicht des Kristalloszillators nach 6;

8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren durch ein viertes Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Kristalloszillators;

9 zeigt eine Schnittansicht des Kristalloszillators nach 8;

10 zeigt ein Zwei-Kristall-Röntgenbeugungsspektrum einer epitaktisch gewachsenen kristallinen Schicht, die auf einem in dem oben erwähnten Verfahren verwendeten Träger gebildet worden ist; und

11 zeigt in einem Kurvenverlauf die Intensität der Oszillationsfrequenz eines erfindungsgemäßen Kristalloszillators.

Im folgenden wird ein Kristalloszillator und ein Verfahren zu dessen Herstellung unter Bezug auf die beiliegenden Abbildungen beschrieben.

BEISPIEL 1 (Erstes Verfahren zum Bilden eines Dünnfilmkristalls)

Epitaktische Dünnfilmkristalle mit einer Dicke von 1-300 µm wurden unter den folgenden Bedingungen durch das Verfahren der Gasphasenepitaxie bei Atmosphärendruck (AP-VPE) gebildet, das von den Erfindern entwickelt wurde und in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-270300 offenbart ist. Bei den folgenden Messungen wurde einer der epiktaktischen Dünnfilmkristalle mit einer Dicke von 96 µm verwendet.

Typische Reaktionsbedingungen sind in Tabelle 1 dargestellt, wobei "sccm" "Standardkubikzentimeter pro Minute" bedeutet.

Die entstandenen epitaktischen Dünnfilmkristalle werden nachfolgend beschrieben. 10 zeigt das Röntgenbeugungsmuster (XRD) eines bei 800°C epitaktisch gebildeten Dünnfilmkristalls. Der Dünnfilm weist eine Dicke von 96 µm auf.

Die Bedingungen der mit einem "RIGAKU RINT 2000"-Gerät durchgeführten Messungen sind in Tabelle 2 dargestellt.

Das Röntenbeugungsmuster in 10 zeigt Peaks bei 50,6° (2&thgr;) und bei 28,44° (2&thgr;). Der Peak bei 50,6° (2&thgr;) ist einer (003)-Ebene eines hexagonalen Kristalls zugeordnet, was bedeutet, daß die epitaktischen Dünnfilmkristalle eine hexagonale Kristallstruktur aufweisen. Der Peak bei 28,44° (2&thgr;) ist einer (111)-Ebene eines Siliziumsubstrats zugeordnet.

BEISPIEL 2 (Erstes Verfahren zum Herstellen eines Oszillators)

Zur Herstellung eines Kristalloszillators wurde durch Bearbeiten des Dünnfilmkristalls 1, der direkt auf einem ein Si(111)-Substrat aufweisenden Träger angeordnet ist, ein schwingender Zungenabschnitt 2 wie oben beschrieben gebildet, wobei Halbleiter-Verarbeitungstechniken verwendet wurden.

1 zeigt in einer perspektivischer Ansicht einen gemäß einem ersten Verfahren hergestellten Kristalloszillator, wobei der schwingende Zungenabschnitt 2 auf dem Trägermaterial 5 angeordnet ist. 2 zeigt eine Schnittansicht des Kristalloszillators. Der Dünnfilmkristall 1 ist auf dem ein Si(111)-Substrat aufweisenden Träger 5 angeordnet. Eine obere Anregungselektrode 3a ist auf der Oberseite des schwingenden Zungenabschnitts 2 angeordnet. Eine untere Anregungselektrode 3b erstreckt sich von der Unterseite des schwingenden Zungenabschnitts 2 zu der Unterseite des Trägers 5, wobei die obere und die untere Anregungselektrode 3a und 3b durch die Abscheidung von Au oder Ag gebildet sind.

Es wird auf 2 Bezug genommen. Der schwingende Zungenabschnitt 2 erstreckt sich von der rechten Seite über einen vertieften Abschnitt 4 mit einer gewinkelten Form, wobei der schwingende Zungenabschnitt 2 durch Bearbeiten des Dünnfilmkristalls 1 gebildet wurde und der vertiefte Abschnitt 4 in der Mitte des Trägermaterials 5 durch Bearbeiten des Trägermaterials 5 geschaffen wurde. Der rechtwinklige schwingende Zungenabschnitt 2 weist eine Breite von 0,8 mm und eine Länge von 5 mm auf. Die obere und die untere Anregungselektrode 3a und 3b weisen jeweils einen wirksamen Abschnitt mit einer Breite von 0,5 mm und einer Länge von 2 mm auf. Der Träger 5 weist eine in der Unterseite ausgebildete Nut auf. Die untere Anregungselektrode 3b erstreckt sich durch die Nut des Trägermaterials 5 hindurch zu der Unterseite des schwingenden Zungenabschnitts.

Bei diesem Beispiel weist der Dünnfilmkristall 1 eine Dicke von 96 µm auf und wurde durch Trockenätzen bearbeitet, um den schwingenden Zungenabschnitt zu bilden.

Bei diesem Beispiel wurde der Kristalloszillator in den folgenden Schritten hergestellt.

(1) Vorbereiten eines kristallinen Substrats für einen Träger

Das Si(111)-Substrat für den Träger 5 wurde bereitgestellt.

(2) Bilden eines Dünnfilmkristalls

Der Dünnfilmkristall 1 wurde epitaktisch auf dem das Si(111)-Substrat umfassenden Träger 5 aufgewachsen.

(3) Bilden eines schwingenden Zungenabschnitts

Der Dünnfilmkristall 1 und der Träger 5 wurden zum Bilden eines schwingenden Zungenabschnitts 2 mit der oben beschriebenen Form geätzt.

(4) Bilden der Anregungselektroden

Zur Bildung der Anregungselektroden 3a und 3b wurde sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite des schwingenden Zungenabschnitts 2 Au (Gold) oder Ag (Silber) abgeschieden.

11 zeigt den Zusammenhang zwischen der Frequenz und der Schwingungsintensität des gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Kristalloszillators. Eine starke Intensität tritt bei 17,34 MHz auf. Dies bedeutet, daß der durch dieses Verfahren gebildete Dünnfilmkristall eine exzellente Charakteristik aufweist. Da der Dünnfilmkristall unmittelbar auf dem das Si-Substrat enthaltenden Träger gebildet und die Dicke des Dünnfilms gesteuert werden kann, ist ein bei den herkömmlichen Verfahren zum Herstellen von Kristalloszillatoren erforderlicher Ätzschritt nicht notwendig. Daher wird die Herstellungszeit bedeutend herabgesetzt.

Da Dünnfilmkristalle durch Anwenden von Halbleiterverarbeitungsverfahren wie Fotolithographie oder Ätzen in beliebige Form oder Abmessungen gebracht werden können, ist dieses Herstellungsverfahren insoweit vorteilhaft, als Hochleistungs-Miniaturisierungs- und Massenproduktion erreicht werden kann.

BEISPIEL 3 (Zweites Verfahren zum Herstellen eines Oszillators)

Als weiteres Beispiel wird im folgenden eine Variation des Beispiels 2 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.

3 zeigt einen weiteren Kristalloszillator mit einem Träger 5A, der hochdotiert wurde, um als Elektrode zu wirken. Bei diesem Beispiel wurde der Kristalloszillator in den folgenden Schritten hergestellt.

(1) Vorbereiten eines kristallinen Substrats für einen Träger

Ein hochdotiertes Si(111) Substrat für den Träger 5A wurde bereitgestellt.

(2) Bilden eines Dünnfilmkristalls

Ein Dünnfilmkristall 1 wurde epitaktisch auf dem das Si(111)-Substrat aufweisenden Träger 5A aufgewachsen. Das Verfahren entspricht dem BEISPIEL 2.

(3) Bilden eines schwingenden Zungenabschnitts

Der Dünnfilmkristall 1 und der Träger 5A wurden zum Bilden eines schwingenden Zungenabschnitts 2 mit der oben beschriebenen Form geätzt.

(4) Bilden von Anregungselektroden

Au oder Ag wurde nur auf der Oberseite des schwingenden Zungenabschnitts 2 zum Bilden einer oberen Anregungselektrode 3a abgeschieden. In Schritt (3) wurde ein Abschnitt des Trägers 5A gelassen, der als weitere Elektrode auf der Unterseite des schwingenden Zungenabschnitts 2 wirkt.

3 zeigt die obere Anregungselektrode 3a und den Abschnitt des Trägermaterials 5A, der sich unter dem schwingenden Zungenabschnitt 2 befindet und als untere Anregungselektrode 3b wirkt.

BEISPIEL 4 (Drittes Verfahren zum Herstellen eines Oszillators)

Bei diesem Beispiel wurde eine sich von einem Träger unterscheidende kristalline Schicht epiktaktisch auf dem Träger 5 aufgewachsen, und anschließend wurde ein Dünnfilmkristall 1 epitaktisch auf der kristallinen Schicht aufgewachsen. Die kristalline Schicht enthält GaAs und ZnO. Der Kristalloszillator wurde in den folgenden Schritten hergestellt.

(1) Vorbereiten eines kristallinen Substrats für einen Träger.

Ein Si(111)-Substrat für den Träger 5 wurde bereitgestellt.

(2) Bilden einer sich von dem Träger unterscheidenden kristallinen Schicht

Eine sich von dem Träger unterscheidende kristalline GaAs-Schicht 6 wurde auf dem Träger 5 epitaktisch mit einer Dicke von einigen zehn Mikrometern aufgewachsen.

(3) Bilden eines Dünnfilmkristalls

Der Dünnfilmkristall 1 wurde epitaktisch auf der GaAs-Schicht 6 aufgewachsen.

(4) Bilden eines schwingenden Zungenabschnitts

Ein schwingender Zungen-Abschnitt 2, der mit dem im Beispiel 2 unter Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen schwingenden Zungenabschnitt übereinstimmt, wurde nach dem in den 4 bis 7 dargestellten folgenden Ablauf gebildet. Der Träger 5, die GaAs-Schicht 6 und der Dünnfilmkristall 1 wurden mit dem Ätzmittel Flußsäure Flußsäure geätzt, um einen vertieften Bereich 4 zu bilden, der die in den 4 und 5 gezeigte Form aufweist. Bei diesem Schritt verblieb die GaAs-Schicht 6 unter der Unterseite des schwingenden Zungenabschnitts 2, wie es in 5 dargestellt ist. Ein Teil der GaAs-Schicht unter der Unterseite des schwingenden Zungenabschnitts 2 wurde dann durch Ätzen in die in den 6 und 7 gezeigte Form gebracht, wobei als Ätzmittel Schwefelsäure, Salpetersäure, Flußsäure oder Wasserstoffperoxyd verwendet wurde, welche die GaAs-Schicht 6 ätzen, jedoch nicht den Träger 5 und den Dünnfilmkristall 1. Dieser Ätzvorgang ist einfacher als der in Beispiel 2.

(5) Bilden der Anregungselektroden

Au oder Ag wurde sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite des schwingenden Zungenabschnitts 2 zum Bilden von Anregungselektroden 3a und 3b abgeschieden.

BEISPIEL 5 (Viertes Verfahren zum Herstellen eines Oszillators)

Dieses Beispiel ist eine Abwandlung der Beispiele 2 und 3 und stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Oszillators mit sehr geringer Dicke zur Verfügung, z.B. einer Dicke von 10 µm oder weniger. Ein bei diesem Beispiel verwendeter Träger 5B ist wie in Beispiel 3 für eine hohe Leitfähigkeit und den Einsatz als Elektrode hoch dotiert.

Ein in den 8 und 9 gezeigter Oszillator wurde nach den folgenden Schritten hergestellt.

(1) Vorbereiten eines kristallinen Substrats für einen Träger

Ein Si(111)-Substrat für einen hochdotierten Träger 5B wurde bereitgestellt.

(2) Bearbeiten des Trägers

Der Träger 5B wurde berarbeitet, um auf einer Seite einen vertieften Bereich mit einer inversen Mesaform zu bilden. Der Teil des Trägers 5B mit der ausgesparten inversen Mesaform wies ein Dicke auf, die es gestattete, einen schwingenden Abschnitt eines in dem nachfolgenden Schritt gebildeten Dünnfilmkristall 1 schwingen zu lassen und den Dünnfilmkristall 1 mechanisch zu stützen.

(3) Bilden eines Dünnfilmkristalls

Der Dünnfilmkristall 1 wurde epitaktisch auf dem Träger 5 aufgewachsen. Das Verfahren stimmt mit dem der obigen Beispiele überein.

(4) Bilden eines schwingenden Zungenabschnitts

Der Bereich des Dünnfilmkristalls 1 auf dem Teil des Trägers 5B mit der ausgesparten inversen Mesaform wurde für die Funktion als schwingender Zungen-Abschnitt (schwingender Dünnfilm) 2a bearbeitet.

(5) Bilden von Anregungselektroden

Au oder Ag wurden auf der Oberseite des schwingenden Zungenabschnitts 2a abgeschieden, um eine Anregungselektrode 3a zu bilden. Die andere Anregungselektrode war Teil des Trägers 5B und in den obigen Schritten stehengelassen. Die 8 und 9 zeigen die obere Anregungselektrode 3a und den Abschnitt des Trägers 5B, der sich unter dem schwingenden Zungen-Abschnitt 2a befindet und als untere Anregungselektrode 3b wirkt.

BEISPIEL 6 (Verfahren zum Herstellen eines Dünnfilmkristalls)

Bei diesem Beispiel wurde eine Pufferschicht auf einem ein Silizium(111)-Substrat aufweisenden Träger durch Abscheiden von Kristall bei 550°C und anschließendem Ausheilen des abgeschiedenen Kristalls gebildet. Anschließend wurde ein Dünnfilmkristall auf der Pufferschicht durch ein epitaktisches Wachstumsverfahren gebildet. Die resultierende Struktur mit dem Träger, der Pufferschicht (25 nm) und dem Dünnfilmkristall (96 µm), wobei diese in der angegebenen Reihenfolge geschichtet sind, wurden zum Bilden eines Oszillators mit gleicher Form wie die des Oszillators aus Beispiel 2 bearbeitet. Die Charakteristika wurden vermessen.

Als Ergebnis der Messung der Beziehung zwischen der Frequenz und der Oszillationsstärke zeigte sich bei einer Frequenz von 17,34 MHz eine stärkere Intensität als die des Oszillators von Beispiel 2.

Es zeigt sich also deutlich, daß die Pufferschicht die Kristallinität des Dünnfilmkristalls und damit die Oszillationsintensität verbessert. Eine Änderung der Dicke der Pufferschicht ermöglicht verschiedene Wirkungen.

BEISPIEL 7 (Änderung des Trägermaterials)

Es wurden Träger ausgewertet, die einelementige Halbleiter wie Ge, einen Verbundhalbleiter wie GaAs, GaP, GaN, ZnS und ZnSe oder ein Oxid wie ZnO oder MgO aufweisen. Ein Dünnfilmkristall wurde durch ein epitaktisches Wachstumsverfahren unmittelbar auf jedem dieser Träger gebildet, um einen Oszillator herzustellen. Bei der Untersuchung des Oszillators wurden die gleichen Auswirkungen wie bei den Oszillatoren der obigen Beispiele erhalten.

Erfindungsgemäß kann ein Dünnfilmkristall auf einem einen Verbundhalbleiter aufweisenden Träger aufgewachsen werden, um darauf eine Verbundhalbleiterschaltung zu bilden. Wenn also die Schaltung als eine Oszillatorschaltung verwendet wird, kann ein Kristalloszillator mit der Oszillatorschaltung leicht in einer integrierten Weise hergestellt werden. Wenn ferner der Dünnfilmkristall für einen Kristallfilter verwendet wird, können in einer integrierten Weise Filter-Vorverstärker oder Pufferverstärker hergestellt werden.


Anspruch[de]
Ein Kristalloszillator mit:

einem Träger mit einem vertieften Teil auf einer Seite, der durch Bearbeiten eine inverse Mesaform aufweist;

einem auf der anderen Seite des Trägers durch epitaktisches Wachsen gebildeter Dünnfilmkristall mit einer Dicke von 10 µm oder weniger;

einem schwingenden Zungenabschnitt des Dünnfilmkristalls; und

Anregungselektroden zum mechanischen Stützen des Dünnfilmkristalls und zur Schwingungsanregung des schwingenden Zungenabschnitts.
Der Kristalloszillator nach Anspruch 1, wobei der Dünnfilmkristall durch epitaktisches Wachstum unter Atmosphärendruck auf der Oberfläche des Trägers gebildet ist. Kristalloszillator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Träger einen einelementigen Halbleiter, einen Verbundhalbleiter oder ein Oxid aufweist. Kristalloszillator nach Anspruch 3, wobei der einelementige Halbleiter Si oder Ge ist, der Verbundhalbleiter aus der Gruppe aus GaAs, GaP, GaN, ZnS und ZnSE ausgewählt ist, und das Oxid aus der Gruppe von Al2O3, ZnO, MgO ausgewählt ist. Kristalloszillator nach Anspruch 1, ferner aufweisend:

eine Halbleiterschaltung, die in einem Bereich des Trägers angeordnet ist, wo sich der schwingende Zungenabschnitt nicht befindet, wobei der Träger ein Halbleiterkristall ist.
Verfahren zum Herstellen eines Kristalloszillators, umfassend die Schritte:

Vorbereiten eines kristallinen Wafers für einen Träger;

epitaktisches Aufwachsen eines Dünnfilmkristalls auf dem Trägermaterial;

Bilden eines schwingenden Zungenabschnitts durch Bearbeiten des Dünnfilmkristalls und des Trägers; und

Bereitstellen von Anregungselektroden zum Anregen des schwingenden Zungenabschnitts.
Verfahren zum Herstellen eines Kristalloszillators, umfassend die Schritte:

Vorbereiten eines kristallinen Wafers für einen Träger;

Epitaktisches Aufwachsen einer kristallinen Schicht auf dem Kristall des Trägers;

Epitaktisches Aufwachsen eines Dünnfilmkristalls auf der kristallinen Schicht;

Bilden eines schwingenden Zungenabschnitts durch Bearbeiten des Dünnfilmkristalls, der kristallinen Schicht und des Trägers; und

Bereitstellen von Anregungselektroden zum Anregen des schwingenden Zungenabschnitts.
Verfahren zum Herstellen eines Kristalloszillators nach Anspruch 6, wobei auf dem kristallinen Wafer eine Pufferschicht angeordnet wird und der schwingende Zungenabschnitt auf der Pufferschicht angeordnet wird. Verfahren zum Herstellen eines Kristalloszillators nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei ferner der Träger nach dem epitaktischem Wachstum des Dünnfilmkristalls auf dem Träger bearbeitet wird, wobei ein Teil oder der gesamte bearbeitete Träger eine Dicke von einigen Hundert Mikrometern aufweist. Verfahren zum Herstellen eines Kristalloszillators nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei ferner der Dünnfilmkristall oder der Träger maschinell oder durch chemische Behandlung, nach Bilden des Dünnfilmkristalls durch epitaktisches Wachstum, teilweise entfernt wird.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com