Synthese neuartiger Single-Source-Precursoren für die Abscheidung piezoelektrischer Bleizirkonattitanat(PZT)-Schichten mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD)

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Sensors auf Basis einer piezokeramischen Bleizirkonattitanat (PZT, Pb(ZrxTi1-x)O3)-Schicht, abgeschieden im CVD (Chemical Vapour Deposition)-Verfahren. Ausgehend von Salzen der beteiligten Metallatome konnten gezielt bi- und trimetallische Moleküle, so genannte Single-Source-Precursoren synthetisiert werden, so dass es möglich war, erstmals PZT-Schichten mit einem einzigen Precursor abzuscheiden. Die als Flüssigkeit vorliegenden Precursoren wurden in einer hierfür entwickelten CVD-Anlage in die Gasphase überführt und bei Temperaturen um 400 °C auf mit Elektroden bedampften Siliziumsubstraten abgeschieden. Mit Hilfe von berechneten Strömungs­simulationen konnte der Abscheideprozess visualisiert und optimiert werden. Die nach der chemischen Gasphasenabscheidung amorph vorliegenden Schichten wurden thermisch in die Perowskitphase überführt. Die hierbei auftretenden thermischen Spannungen konnten durch Vorbehandlung der Substrate erfolgreich reduziert werden. Die PZT-Schichten wurden nach der Wärmebehandlung photolitographisch strukturiert und mit einer Gegen­elektrode versehen. Pro Abscheidung konnten so bis zu 64 Sensorvorstufen erzeugt werden. Diese wurden elektrisch charakterisiert, polarisiert und in einer akustischen Linse betrieben.