Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время весьма актуальным является создание систем обработки сигналов для компонентов электронной техники, таких как фильтры, резонаторы, корректоры, шифраторы, дешифраторы и другие. Широко используемый для этих целей or-кварц наряду с весьма ценными свойствами обладает целым рядом недостатков, в том числе низким коэффициентом электромеханической связи, (КЭМС) что ограничивает его применение, например, при создании широкополосных фильтров. В современных системах радиолокации и связи сейчас требуется высокая частотная избирательность, нереализуемая при помощи кварцевых фильтров. Поэтому существует необходимость примененения для этих целей пьезоэлектриков, у которых КМС больше, чем у кварца (>30%) .
Имеются пьезоэлектрические кристаллы с большими КМС, однако только некоторые из них удовлетворяют требованиям, предъявляемым к пьезоэлектрическим резонаторам (ПР). Такими пьезоэлектриками, удовлетворяющими требованиям ПР, оказались ниобат, танталат и тетраборат лития (НЛ, ТЛ, ТБЛ). Однако, в противоположность ТЛ и ТБЛ у кристаллов НЛ нельзя было найти ориентацию стержня, при которой температурный коэффициент частоты в диапазоне температур Q~70C был бы равен нулю. Поэтому, наиболее перспективными оказались пьезоматериалы — танталат лития и тетраборат лития. Тетраборат и танталат лития имеют кристаллические срезы для приборов на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и объемных акустических волнах (ОАВ) с нулевыми температурными коэффициентами при высоких коэффициентах электромеханичес-
кой связи (50-60%), что позволяет разработать резонаторы на широкий диапазон частоты.
.Танталат и тетраборат лития являются пьезоматериа-лами с различной анионной подрешеткой (Та, В) . ТЛ характеризуется высокой температурой плавления (1250С) и является малорастворимым соединением . ТЕЛ имеет , Солее низкую температуру плавления (950С) и явля.ется хорошо растворимым соединением. Поэтому выбор травителя опре-д ілялся кристаллохимическими и химическими особенностями данных пьезоматериалов.
В пьезотехнике успешно применяется технология глубокого химико-динамического травления для финишной обработки кристаллических элементов (КЭ). Анализ имеющихся литературных данных о процессах травления ТЛ и ТЕЛ пока'эал, что в настоящее время отсутствует эффективная технология травления этих материалов. Основными компонентами травителей для ТЛ являются плавиковая кислота и ее производные, которые не являются полирующими. Травление пластин ТЛ растворами плавиковой кислоты различной концентрации с добавками KF, NH,F, HCI, HNO,, HZS04, H,POt, НгОг приводит только к снятию нарушенного сдоя. Скорость травления не превышает 0,2 мкм/мин. Во всех случаях шероховатость поверхности Rg превышает значение 0,1 шал.
Применение кислот HF, HCI, HNOt, HtSO,, //,5( в «ехно-логии обработки КЭ. из ТЕЛ позволяет получить относительно высокие скорости травления <10-0 ыкм/мин), но значения До остаются неудовлетворительными (0,3-2,0 : мкм). В связи с данными обстоятельствами поиск различ-
ных химических систем в качестве травителей для ТЛ и ТБЛ и исследование влияния внешних факторов на процесс травления ^тих s материалов является актуальной научно-технической задачей.
Цель работы. Настоящая работа посвящена экспериментальному поиску и разработке оптимальных (скорости травления до 20 мкм/мин, величины шероховатости Ra в интервале 0,10-0,15 мкм) химических травящих систем для монокристаллических ТЛ и ТБЛ, основываясь на различной химической природе элементов, образующих кристалли7 ческую решетку данных материалов; изучению влияния различных факторов (скорости вращения, нагрева, у-облученйя) на процесс травления; разработке оптимальных режимов травления при изготовлении кристаллических элементов из монокристаллических ТЛ и ТБЛ.
Методы исследования. Для решения этих задач были использованы экспериментальные методы (химическое травление, электронная микроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, рентгенофазовый анализ, масс-спёктрометрия* рН-метрия) и расчетные методы.
Научная новизна работы. В работе получены следующие результаты:
1. Найдены оптимальные системы для травления пьезомате-риалов с различной анионной подрешеткой(ТЛ и ТБЛ), позволяющие достигать высокие скорости травления при значениях Rq, удовлетворяющих технологическим требованиям. Для танталата лития — расплав KOH-KNO,, для тетрабора-та лития — водный раствор маннита.
-
Установлено, что скорость травления ТЛ зависит от температуры расплава системы, скорости вращения образ-цов, концентрации КОН в системе КОН - KNO,.
-
Установлено, что скорость травления ТБЛ зависит от температуры травителя, частоты качания образцов, содержания' маннита в системе маннит-вода, от угла поворота среза образцов.
-
Исследовано травление ТБЛ в водном растворе маннита методом рН-метрии и предложен химизм этого процесса. Локазано, что травление ТБЛ идет через образование ком-плекса 1;[5(0//),(С4//14О,)2], В(ОН),(С6Н,Л)-
Практическая значимость. В настоящей работе найдены оптимальные травящие системы химической обработки поверхности ТЛ и ТБЛ — KOH-KNO, и маннит-вода соответственно. Кроме того, травление ТБЛ в системе маннит-вода приводит к полирующему эффекту, что существенно улучшает качество поверхности материала после травления. Исследована и установлена зависимость скорости травления пьеэоматериалов от скорости вращения образ-* цов, состава травителя, нагрева, предварительного у -облучения, что позволило найти оптимальные режимы травления ТЛ и ТБЛ в различных травящих системах. Разработанные травящие системы использовались в технологии производства КЭ из монокристаллических ТЛ и ТБЛ для снятия нарушенных слоев, получения различных структур сложноto рельефа и на заключительных стадиях изготовления КЭ дли тонкой подгонки на частоту. Получены опытные партий кристаллических элементов.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на XXX научно-практической конференции в Университете Дружбы народов, г. Москва, 1994 г., на Международной научно-практической конференции "Пьезотехника-94", г. Томск, 1994 г., на XXXI научно-практической конференции в Университете Дружбы народов, г. Москва, 1995 г., на Межгорударственном семинаре по структурно-морфологическим основам модификации материалов методами нетрадиционных технологий, г. Обнинск, 1995 г., на Международной научно-практической конференции "Пьезотехника-95", г. Ростов-на-Дону, 1995 г., на Межвузовской научно-технической конференции "Микроэлектро-ника-96", г.Зеленоград, 1996г.
Публикация. По теме диссертации имеется 8 публикаций, из них 2 статьи и тезисы 6 докладов на научных конференциях.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 169 страницах машинописного текста и состоит из следующих разделов: введения, литературного обзора, обсуждения результатов, включающего 2 главы, экспериментальной части, выводов, списка литературы(118 наименований) и приложения. Диссертация содержит 58 рисунков, 20 таблиц) .
