ТЕМПЕРАТУРНАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ КОМПОЗИТНЫХ СВЧ АКУСТИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРОВ И СЕНСОРОВ НА АЛМАЗНЫХ ПОДЛОЖКАХ

  • Boris P. Sorokin Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Nikita O. Asafiev Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Dmitriy V. Yashin Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Boris A. Kulnitskiy Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Victor V. Aksenenkov Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Nataliya I. Batova Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236610.8y
Ключевые слова: высокотемпературный отжиг, монокристаллический алмаз, нитрид алюминия-скандия, молибден, платина, алюминий, композитный СВЧ акустический резонатор, акустические свойства

Аннотация

В статье рассмотрено влияние отжига при высоких температурах вплоть до 650 °С на работоспособность композитных СВЧ акустических резонаторов на алмазных подложках со структурами Al/ASN/Mo/(100) алмаз и Pt/ASN/Pt/(100) алмаз. Помимо оптических исследований использовали просвечивающую и растровую микроскопию высокого разрешения, рентгеновский дифракционный анализ, а также изучали изменения функциональных свойств акустических резонаторов на СВЧ, происходящие в результате последовательности отжигов. Исследована деградация Mo, Pt и Al электродов, а также температурная стойкость пьезоэлектрической пленки нитрида алюминия-скандия (ASN). Показано, что пленка Mo на алмазе заметно окисляется при температурах выше 400 °С, а при 500 °С улетучивается. Однако Mo, изолированный от воздействия кислорода воздуха пленкой ASN, сохраняет достаточную для работы композитного СВЧ акустического резонатора проводимость вплоть до 600 °С. Pt электроды в составе акустического резонатора оказались наименее стойкими: при 600 °С происходит полная деградация с образованием крупных каверн как для случая Pt на алмазе, так и при покрытии Pt пленкой ASN. В последнем случае также происходило локальное разрушение пленки ASN. Нитрид алюминия-скандия оказался работоспособным в составе резонатора Al/ASN/Mo/(100) алмаз даже при 600 °С и без изменений выдерживал отжиг 650 °С·1 ч. Применение Al в качестве верхнего электрода на пленке ASN и токоведущих дорожек, напыленных на алмаз, показало, что резонатор на основе структуры "Al/ASN/Mo/(100) алмаз" сохраняет свои функциональные акустические и электромеханические свойства при 600 °С.

Для цитирования:

Сорокин Б.П., Асафьев Н.О., Яшин Д.В., Кульницкий Б.А., Аксененков В.В., Батова Н.И. Температурная стабильность материалов для композитных СВЧ акустических резонаторов и сенсоров на алмазных подложках. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 10. С. 75-83. DOI: 10.6060/ivkkt.20236610.8y.

Литература

Zhang H., Pang W., Yu H., Kim E.S. // J. Appl. Phys. 2006. V. 99. P. 124911. DOI: 10.1063/1.2209029.

Sorokin B.P., Novoselov A.S., Kvashnin G.M., Luparev N.V., Asafiev N. O., Shipilov A. B., Aksenenkov V.V. // Akust. Zhurn. 2019. V. 65. N 3. P. 263–268. DOI: 10.1134/S1063771019030072.

Sorokin B.P., Asafiev N.O., Kvashnin G.M., Scherbakov D.A., Terentiev S.A., Blank V.D. // Appl. Phys. Lett. 2021. V. 118. P. 083501. DOI: 10.1063/5.0038867.

Kvashnin G., Sorokin B., Asafiev N., Prokhorov V., Sotnikov A. // Electronics. 2022. V. 11. P. 176. DOI: 10.3390/electronics11020176.

Sorokin B.P., Kvashnin G.M., Luparev N.V., Asafiev N.O., Scherbakov D.A. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 63-70 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.10у.

Sorokin B.P., Asafiev N.O., Ovsyanikov D.A., Kvashnin G.M., Popov M.Yu., Luparev N.V., Golovanov A.V., Blank V.D. // Appl. Phys. Lett. 2022. V. 121. P. 194102. DOI: 10.1063/5.0129651.

Sorokin B.P., Asafiev N.O., Ovsyannikov D.A., Kvashnin G.M., Popov M.Yu., Luparev N.V., Golovanov A.V., Aksenenkov V.V., Blank V.D. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 11. P. 49–58. DOI: 10.6060/ivkkt.20226511.4y.

Baron T., Gachon D., Romand J.P., Alzuaga S., Ballandras S., Masson J., Catherinot L., Chatras M. A pressure sensor based on a HBAR micromachined structure. In: Proc. 2010 IEEE International Frequency Control Symp. Newport Beach, CA, USA. 2010. P. 361-364. DOI: 10.1109/FREQ.2010.5556312.

Chang Y.-C., Chen Y.-C., Li, B.-R., Shih W.-C., Lin J.-M., Chang W.-T., Cheng C.-C. // Coatings. 2021. V. 11. N 4. P. 397. DOI: 10.3390/coatings11040397.

Courjon E., François B., Martin G., Daniau W., Baron T., Loschonsky M., Friedt J.-M., Belgacem B., Reindl L., Ballandras S. High overtone Bulk Acoustic Resonators for high temperature sensing applications. In: Proc. 2013 Joint UFFC, EFTF and PFM Symposium. Prague, Czech Republic. 21-25 July, 2013. P. 992 – 995. DOI: 10.1109/EFTF-IFC.2013.6702287.

Shchegolkov A.V., Shchegolkov A.V. // Ros. Khim. Zhurn. 2021. V. 65. N 4. P. 56-60 (in Russian). DOI: 10.6060/rcj.2021654.9.

Shvyd’ko Yu., Stoupin S., Blank V., Terentyev S. // Na-ture Photonics. 2011. V. 5. P. 539–542. DOI: 10.1038/NPHOTON.2011.197.

Akiyama M., Kamohara T., Kano K., Teshigahara A., Takeuchi Y., Kawahara N. // Adv. Mater. 2009. V. 21. P. 593–596. DOI: 10.1002/adma.200802611.

Zhukov V.V., Shcherbakov D.A., Sorokin P.B., Sorokin B.P. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 6. P. 95-103 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216406.6384.

Luparev N.V., Sorokin B.P., Aksenenkov V.V. // ChemChenTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 77-84 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.6312.

Golovanov A.V., Luparev N.V., Sorokin B.P. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 11. P. 49-56 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206311.6232.

Rothschild W.G., Yao H.C., Plummer H.K., Jr. // Langmuir. 1986. V. 2. P. 588–593. DOI: 10.1021/la00071a010.

Dai Y., Lu P., Cao Z., Campbell C. T., Xia Y. // Chem. Soc. Rev. 2018. V. 47. P. 4314–4331. DOI: 10.1039/C7CS00650K.

Tiggelaar R.M. Sanders R.G.P., Groenland A.W., Gardeniers J.G.E. // Sensors Actuators A: Phys. 2009. V. 152. N 1. P. 39-47. DOI: 10.1016/j.sna.2009.03.017.

Hansen T.W., DeLaRiva A.T., Challa S.R., Datye A.K. // Accounts Chem. Res. 2013. V. 46. P. 1720-1730. DOI: 10.1021/ar3002427.

Tables of physical quantities. Guide. Ed. akad. I.K. Kikoin. M.: Atomizdat. 1976. 1008 p. (in Russian).

Simnad M., Spilners A. // JOM. 1955. V. 7. P. 1011–1016. DOI: 10.1007/BF03377603.

Li Z., He Y., Gao W. // Oxidation Metals. 2000. V. 53. P. 577–596. DOI: 10.1023/A:1004641328140.

Lathe C., Guse W., Saalfeld H., Freimann S., Rahman S.H. // Neues Jahrbuch für Mineralogie – Abhandlungen. 1999. Bd. 174. Heft 3. Z. 293–304. DOI: 10.1127/njma/174/1999/293.

Santos P. Souza, Santos H. Souza, Toledo S.P. // Mater. Res. 2000. V. 3. N 4. P. 104–114. DOI: 10.1590/S1516-14392000000400003.

Buranova Yu.S., Perezhogin I.A., Kulnitskiy B.A., Ivanov L.A., Blank V.D. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2013. V. 56. N 7. P. 112–115 (in Russian).

Blank V.D., Buranova Yu.S., Faykov P P., Ivanov L.A., Kulnitskiy B A., Perezhogin I.A., Perfilov S.A., Polyakov E.V. // Fullerenes, Nanotubes Carbon Nanostruct. 2014. V. 22. N 9. P. 809–819. DOI: 10.1080/1536383X.2012.742426.

Blank V., Ivanov L., Kulnitskiy B., Perezhogin I., Polyakov E., Semenov A. // Acta Cryst. 2012. V. B68. P. 543–548. DOI: 10.1107/S0108768112034635.

Опубликован
2023-08-10
Как цитировать
Sorokin, B. P., Asafiev, N. O., Yashin, D. V., Kulnitskiy, B. A., Aksenenkov, V. V., & Batova, N. I. (2023). ТЕМПЕРАТУРНАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ КОМПОЗИТНЫХ СВЧ АКУСТИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРОВ И СЕНСОРОВ НА АЛМАЗНЫХ ПОДЛОЖКАХ. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 66(10), 75-83. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236610.8y
Выпуск
Том 66 № 10 (2023)
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>