Los dispositivos de ondas acústicas basados en materiales piezoeléctricos se han estado utilizando desde hace más de sesenta años. Debido a su versatilidad, dichos dispositivos se utilizan en gran cantidad de aplicaciones, como líneas de retardo, osciladores, resonadores, sensores, actuadores, etc.; su principal usuario es la industria de las telecomunicaciones, que consume aproximadamente tres mil millones de filtros de ondas acústicas anualmente. Normalmente estos dispositivos son filtros de onda acústica en superficie (SAW) que actúan como filtros paso banda tanto en las secciones de radiofrecuencia como en las de frecuencia intermedia de la electrónica de los equipos de transmisión y recepción. Sin embargo, en los últimos años han aparecido nuevas aplicaciones de los dispositivos de ondas acústicas que pueden llegar a igualar la demanda del mercado de las telecomunicaciones, como por ejemplo la industria de automoción (sensores del par motor o de la presión de los neumáticos), las aplicaciones médicas (biosensores) o aplicaciones comerciales o industriales (sensores de gases, de humedad, de temperatura o de masa). Los sensores de ondas acústicas tienen precios competitivos, son resistentes, muy sensibles e inherentemente fiables. Durante mucho tiempo los materiales más comúnmente utilizados en la tecnología de fabricación estándar de dispositivos de ondas acústicas han sido monocristales de cuarzo (SiO2), tantalato de litio (LiTaO3) o niobato de litio (LiNbO3). Cada uno de estos materiales tiene distintas ventajas y desventajas dependiendo de factores como por ejemplo el coste, la dependencia con la temperatura, la atenuación o la velocidad de propagación.
Actualmente hay nuevos materiales que están cobrando interés en este tipo de aplicaciones, como el nitruro de galio (GaN), el arseniuro de galio (GaAs), la langasita (LGS), el óxido de zinc (ZnO), el titanato circonato de plomo (PZT) o el nitruro de aluminio (AlN).
Las propiedades piezoeléctricas del nitruro de aluminio lo convierten en un material muy adecuado para la fabricación de dispositivos electroacústicos como filtros de onda acústica en superficie (SAW) y en volumen (BAW), líneas de retardo, osciladores, resonadores, etc. La velocidad de propagación de las ondas SAW en las películas epitaxiales de nitruro de aluminio es muy elevada (casi el doble que en el caso del cuarzo); este tipo de material tiene un coeficiente de variación de la velocidad de propagación de las ondas SAW con la temperatura muy bajo y un valor del coeficiente de acoplo electromecánico razonablemente alto.
Hasta la fecha no ha sido posible crecer capas puramente epitaxiales (monocristalinas) de nitruro de aluminio. Existen diferentes técnicas de depósito que permiten obtener películas policristalinas de nitruro de aluminio con características epitaxiales, como por ejemplo el depósito químico en fase de vapor asistido por plasma (PECVD), de metalorgánicos (MOCVD), CVD por jet de plasma en continua, o la epitaxia por haces moleculares (MBE). Sin embargo, estas técnicas, además de requerir equipos muy caros en algunos casos, suponen el uso de costosos sustratos cristalinos y altas temperaturas que no son compatibles con las tecnologías del silicio que se utilizan actualmente en la fabricación de dispositivos ni con el crecimiento del material sobre electrodos metálicos. No obstante, existen otras técnicas que permiten obtener material en forma de película delgada policristalina (con una cierta dispersión en la alineación de sus cristales) con buenas propiedades piezoeléctricas a pesar de no ser epitaxial.
La pulverización reactiva o sputtering, en la que los iones generados en una descarga arrancan átomos de la superficie de un blanco, es una técnica de depósito que permite obtener un material policristalino no epitaxial con propiedades piezoeléctricas muy similares a las de las películas epitaxiales trabajando a bajas temperaturas. Por este motivo en los últimos tiempos se han dedicado numerosos estudios a esta técnica de depósito en sus distintas modalidades:
- Tensión continua (DC).
- Tensión continua pulsada.
- Resonancia electrón ciclotrón (ECR).
- Radiofrecuencia (RF).
La técnica de pulverización reactiva de radiofrecuencia, es una técnica sencilla, versátil y adecuada para depositar nitruro de aluminio policristalino con buenas propiedades cristalinas y piezoeléctricas que lo hacen apropiado para su uso en dispositivos de ondas acústicas.
Fuente:
Tesis Doctoral
Lucía Vergara Herrero
Ingeniero de Telecomunicación
Gerald Soto, CRF 2010-1.
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