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Title:
MICROMECHANICAL STRUCTURE AND METHOD FOR PRODUCING THE MICROMECHANICAL STRUCTURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/042580
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a micromechanical structure comprising a substrate (1), an adhesion layer (3) which is applied onto the substrate (1); a first metal layer (4) which is applied onto the adhesion layer (3); a ferroelectric layer (5) which is applied onto the first metal layer (4) and has lead zirconate titanate and the lead concentration of which decreases in a stepped manner as the distance to the first metal layer (3) increases such that the ferroelectric layer (5) has multiple sub-layers (13), in which the respective lead concentration is consistent; and a second metal layer which is applied onto the ferroelectric layer (5).

Inventors:
WIESENT, Benjamin (1.6 Techcub, Summerhall EH91PL Edinburgh, GB)
Application Number:
EP2018/000415
Publication Date:
March 07, 2019
Filing Date:
August 24, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SPECTROLYTIC LTD. (1.6 Techcube, Summerhall, Edinburgh EH91PL, GB)
International Classes:
C23C14/08; C23C14/34; C23C28/04; H01L21/02; H01L37/02; H01L41/316
Foreign References:
US20140049136A12014-02-20
JPH07316781A1995-12-05
Other References:
DEFAY E ET AL: "Compositional gradient in and mechanical stability of RF-sputtered and RTA annealed Pb(Zr,Ti)O"3 thin films", SENSORS AND ACTUATORS A: PHYS, ELSEVIER BV, NL, vol. 74, no. 1-3, 20 April 1999 (1999-04-20), pages 77 - 80, XP004188061, ISSN: 0924-4247, DOI: 10.1016/S0924-4247(98)00351-3
SUCHANECK ET AL: "Multi-target reactive sputtering-A promising technology for large-area Pb(Zr,Ti)O3 thin film deposition", JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, BARKING, ESSEX, GB, vol. 27, no. 13-15, 1 January 2007 (2007-01-01), pages 3789 - 3792, XP022143635, ISSN: 0955-2219, DOI: 10.1016/J.JEURCERAMSOC.2007.02.032
None
Attorney, Agent or Firm:
PATERIS Patentanwälte et al. (Postfach 33 07 11, München, 80067, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Mikromechanikstruktur mit einem Substrat (1 ), einer Adhäsionsschicht (3), die auf das Substrat (1 ) aufgebracht ist, einer ersten Metallschicht (4), die auf die Adhäsionsschicht (3) aufgebracht ist, einer ferroelektrischen Schicht (5), die auf die erste Metallschicht (4) aufgebracht ist und die Bleizirkonattitanat aufweist sowie deren Bleikonzentration stufenförmig mit zunehmenden Abstand von der ersten Metallschicht (4) abnimmt, so dass die ferroelektrische Schicht (5) mehrere Teilschichten (13) aufweist, bei denen jeweils die Bleikonzentration einheitlich ist, und einer zweiten Metallschicht, die auf die ferroelektrische Schicht (5) aufgebracht ist.

2. Mikromechanikstruktur gemäß Anspruch 1 , wobei die Dicke der Teilschichten (13) von 100 nm bis 900 nm beträgt, insbesondere von 400 nm bis 600 nm, insbesondere 500 nm.

3. Mikromechanikstruktur gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicke der ferroelektrischen Schicht (5) von 200 nm bis 5000 nm beträgt.

4. Mikromechanikstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ferroelektrische Schicht (5) einen pyroelektrischen Koeffizienten von höher als 1 ,5*10"4 C/(m2K) hat.

5. Mikromechanikstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in der ferroelektrischen Schicht (5) für die Bleikonzentration c(Pb), die Zirkoniumkonzentration c(Zr) und die Titankonzentration c(Ti) folgendes gilt: c(Pb)/(c(Zr)+c(Ti)) beträgt von 0,9 bis 1 ,0, c(Zr)/(c(Zr)+c(Ti)) beträgt von 0,1 bis 0,3.

6. Mikromechanikstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Mikromechanikstruktur ein Infrarotlichtsensor und/oder ein Aktuator ist.

7. Verfahren zum Herstellen einer Mikromechanikstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die ferroelektrische Schicht (5) mittels eines Sputterprozesses aufgebracht wird, insbesondere mittels eines konfokalen Sputterprozesses.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Blei, das Zirkonium und das Titan des Bleizirkonattitanats von drei unterschiedlichen Sputtertargets gleichzeitig abgeschieden werden, wobei jedes der Sputtertargets nur jeweils eines der drei Elemente Blei, Zirkonium und Titan aufweist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei erreicht wird, dass die Bleikonzentration in der ferroelektrischen Schicht stufenförmig mit zunehmenden Abstand von der ersten Metallschicht (3) abnimmt, indem lediglich die Sputterrate des Bleis erniedrigt wird, insbesondere indem eine an das Sputtertarget, das das Blei aufweist, angelegte elektrische Leistung erniedrigt wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die an das Sputtertarget, das das Blei aufweist, angelegte elektrische Leistung ausgehend von einer elektrischen Ausgangsleistung Pmax,Biei um einen Wert erniedrigt wird, der 0,2 W bis 2 W pro einem Abstand von 100 nm von der ersten Metallschicht (3) beträgt, insbesondere beträgt der Wert 1 W pro einem Abstand von 100 nm von der ersten Metallschicht (3).

Description:
Mikromechanikstruktur und Verfahren zum Herstellen der Mikromechanikstruk- tur

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Mikromechanikstruktur und ein Verfahren zum Herstellen der Mikromechanikstruktur.

Ferroelektrische Schichten können in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden und dabei können die dielektrischen, piezoelektrischen und/oder pyroelektrischen Eigenschaften der ferroelektrischen Schichten ausgenutzt werden. Typische Anwendungen für die ferroelektrischen Schichten sind Kondensatoren, Aktuatoren, Speichermedien oder pyroelektrische Detektoren.

Herkömmlich werden die ferroelektrischen Schichten durch ein Gasphasenabschei- deverfahren hergestellt, weil das Gasphasenabscheideverfahren ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit hat. Für das Gasphasenabscheideverfahren kommt beispielsweise ein CVD (chemical vapour deposition) oder ein PVD (physical vapour depositi- on) Verfahren in Frage. Für das PVD Verfahren kommen beispielsweise ein Be- dampfungsverfahren oder Sputtern in Frage.

Charakteristische Kenngrößen für die ferroelektrische Schicht sind deren piezoelektrischer Koeffizient oder deren pyroelektrischer Koeffizient. Der piezoelektrische Koeffizient beschreibt die Umwandlungseffizienz der ferroelektrischen Schicht von elektrischer Energie in mechanische Energie und der pyroelektrische Koeffizient beschreibt die Umwandlungseffizienz der ferroelektrischen Schicht von elektromagnetischer Strahlungsenergie in elektrische Energie.

Beispielsweise kann es sich bei der pyroelektrischen Schicht um Bleizirkonattitanat (PZT) handeln. Wird das Bleizirkonattitanat mittels eines PVD Verfahrens auf einen Siliziumwafer aufgebracht, so stellt man fest, dass die Dicke und der pyroelektrische Koeffizient der ferroelektrischen Schicht entlang des Wafers variieren. Dies kann dazu führen, dass ein Teil des mit dem PZT beschichteten Wafers für eine geforderte Anwendung nicht geeignet ist, beispielsweise weil der pyroelektrischer Koeffizient nicht ausreichend hoch ist. Dies führt dazu, dass dieser Teil des Wafers als ein Aus- schuss ausgesondert werden muss, was die Ausbeute des PVD Verfahrens verringert. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Mikromechanikstruktur und ein Verfahren zum Herstellen der Mikromechanikstruktur zu schaffen, bei dem die Variation des pyroelektrischen Koeffizienten der ferroelektrischen Schicht entlang eines Substrats gering ist.

Die erfindungsgemäße Mikromechanikstruktur weist ein Substrat, eine Adhäsionsschicht, die auf das Substrat aufgebracht ist, eine erste Metallschicht, die auf die Adhäsionsschicht aufgebracht ist, eine ferroelektrische Schicht, die auf die erste Metallschicht aufgebracht ist und die Bleizirkonattitanat aufweist sowie deren Bleikonzentration stufenförmig mit zunehmenden Abstand von der ersten Metallschicht ab- nimmt, so dass die ferroelektrische Schicht mehrere Teilschichten aufweist, bei denen jeweils die Bleikonzentration einheitlich ist, und eine zweite Metallschicht auf, die auf die ferroelektrische Schicht aufgebracht ist.

Dabei wurde überraschenderweise gefunden, dass die Variation des pyroelektrischen Koeffizienten der ferroelektrischen Schicht in der erfindungsgemäßen Mikro- mechanikstruktur wesentlich geringer sind, als wenn die Bleikonzentration in der gesamten ferroelektrischen Schicht einheitlich wäre. Dadurch fällt bei der Fertigung der erfindungsgemäßen Mikromechanikstruktur vorteilhaft weniger Ausschuss oder gar kein Ausschuss an, der auszusondern wäre.

Es ist bevorzugt, dass die Dicke der Teilschichten von 100 nm bis 900 nm beträgt, insbesondere von 400 nm bis 600 nm, insbesondere 500 nm. Mit diesen Dicken sind die Variationen der Dicke der ferroelektrischen Schicht und des pyroelektrischen Koeffizienten besonders gering.

Die Dicke der ferroelektrischen Schicht beträgt bevorzugt von 200 nm bis 5000 nm. Mit diesen Dicken sind die Variationen der Dicke und des pyroelektrischen Koeffi- zienten der ferroelektrischen Schicht besonders gering.

Es ist bevorzugt, dass die ferroelektrische Schicht einen pyroelektrischen Koeffizienten von höher als 1 ,5*10 "4 C/(m 2 K) hat, insbesondere höher als 2,0*10 "4 C/(m 2 K).

Es ist bevorzugt, dass in der ferroelektrischen Schicht für die Bleikonzentration c(Pb), die Zirkoniumkonzentration c(Zr) und die Titankonzentration c(Ti) folgendes gilt: c(Pb)/(c(Zr)+c(Ti)) beträgt von 0,9 bis 1 ,0, c(Zr)/(c(Zr)+c(Ti)) beträgt von 0,1 bis 0,3. Mit diesen Werten wird vorteilhaft ein hoher pyroelektrischer Koeffizient bei gleichzeitiger besonders geringer Variation des pyroelektrischen Koeffizienten erreicht.

Bevorzugt ist die Mikromechanikstruktur ein Infrarotlichtsensor. Alternativ oder zusätzlich ist die Mikromechanikstruktur ein Aktuator. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen der Mikromechanikstruktur wird die ferroelektrische Schicht mittels eines Sputterprozesses aufgebracht, insbesondere mittels eines konfokalen Sputterprozesses.

Dabei ist bevorzugt, dass das Blei, das Zirkonium und das Titan des Bleizirkonattita- nats von drei unterschiedlichen Sputtertargets gleichzeitig abgeschieden werden, wobei jedes der Sputtertargets nur jeweils eines der drei Elemente Blei, Zirkonium und Titan aufweist. Durch das Verwenden der drei Sputtertargets sind die Konzentrationen des Bleis, des Zirkoniums und des Titans individuell einstellbar. Um die Oxide des Bleizirkonattitanats zu bilden, weist die Atmosphäre, in der das Sputtern durchgeführt wird, bevorzugt Sauerstoff auf. Es ist bevorzugt, dass erreicht wird, dass die Bleikonzentration in der ferroelektrischen Schicht stufenförmig mit zunehmenden Abstand von der ersten Metallschicht abnimmt, indem lediglich die Sputterrate des Bleis erniedrigt wird, insbesondere indem eine an das Sputtertarget, das das Blei aufweist, angelegte elektrische Leistung erniedrigt wird. Dies stellt ein besonders einfaches Verfahren dar, um die Bleikon- zentration in der ferroelektrischen Schicht zu verändern. Bei der Sputterrate handelt es sich um eine abgeschiedene Menge des jeweiligen Elements pro Zeiteinheit. Dabei wird bevorzugt die an das Sputtertarget, das das Blei aufweist, angelegte elektrische Leistung ausgehend von einer elektrischen Ausgangsleistung Pmax,Biei um einen Wert erniedrigt, der 0,2 W bis 2 W pro einem Abstand von 100 nm von der ersten Metallschicht beträgt, insbesondere beträgt der Wert 1 W pro einem Abstand von 100 nm von der ersten Metallschicht.

Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnung die Erfindung näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Mikromechanikstruktur. Figur 2 zeigt eine Auftragung einer Bleikonzentration gegen eine elektrische Leistung. Wie es aus Figur 1 ersichtlich ist, weist eine Mikromechanikstruktur ein Substrat 1 , eine Trägermembran 2, eine Adhäsionsschicht 3, eine erste Metallschicht 4 und eine ferroelektrische Schicht 5 auf. Zusätzlich weist die Mikromechanikstruktur eine nicht dargestellte zweite Metallschicht auf. Bei dem Substrat 1 kann es sich beispielsweise um einen Siliziumwafer oder um einen Quarzwafer handeln.

Die Trägermembran 2 ist unmittelbar auf das Substrat 1 aufgebracht und kann beispielsweise mindestens eine Siliziumoxidschicht und mindestens eine Siliziumnitridschicht aufweisen, die in der vertikalen Richtung gemäß Figur 1 abwechselnd angeordnet sind. Die Dicke der Trägermembran beträgt von 500 nm bis 3000 nm. Die Mikromechanikstruktur kann eine weitere der Trägermembran aufweisen, die unmittelbar auf einer zweiten Seite des Substrats 1 aufgebracht ist, die einer ersten Seite abgewandt angeordnet ist, auf die die Trägermembran 1 unmittelbar aufgebracht ist.

Die Adhäsionsschicht 3 ist unmittelbar auf die Trägermembran 2 aufgebracht und weist beispielsweise Titanoxid und/oder Aluminiumoxid auf, insbesondere besteht die Adhäsionsschicht 3 im Wesentlichen aus Titanoxid und/oder Aluminiumoxid. Die Dicke der Adhäsionsschicht 3 beträgt von 2 nm bis 50 nm, insbesondere von 5 nm bis 30 nm. Die Adhäsionsschicht 3 kann mittels eines Gaphasenabscheideverfahrens aufgebracht sein. Die Adhäsionsschicht bewirkt eine gute Haftung der ersten Metallschicht 4 auf dem Substrat 1. Die erste Metallschicht 4 ist unmittelbar auf die Adhäsionsschicht 3 aufgebracht und weist ein oxidationsbeständiges Metall auf, wie beispielsweise Gold und/oder Platin. Die erste Metallschicht 4 fungiert als eine Bodenelektrode für die ferroelektrische Schicht 5. Die Dicke der ersten Metallschicht 4 beträgt von 10 nm bis 200 nm. Die erste Metallschicht 4 kann mittels eines Gaphasenabscheideverfahrens aufgebracht sein, wie beispielsweise Sputtern. Beim Aufbringen der ersten Metallschicht ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur des Substrats 1 nicht mehr als 100°C von derjenigen Temperatur des Substrats 1 abweicht, bei der die ferroelektrische Schicht 5 aufgebracht wird.

Die ferroelektrische Schicht 5 ist unmittelbar auf die erste Metallschicht 4 aufge- bracht und weist Bleizirkonattitanat auf, insbesondere besteht die ferroelektrische Schicht 5 im Wesentlichen aus Bleizirkonattitanat. Die Bleikonzentration in der ferro- elektrischen Schicht 5 nimmt stufenförmig mit zunehmenden Abstand von der ersten Metallschicht 4 ab, so dass die ferroelektrische Schicht 5 mehrere Teilschichten 13 aufweist, bei denen jeweils die Bleikonzentration einheitlich ist. Die Bleikonzentrationen sind in jeder der Teilschichten 13 unterschiedlich. Zwischen zwei unmittelbar benachbart angeordneten der Teilschichten 13 ist jeweils eine Grenzschicht 12 an- geordnet. Die Grenzschichten 12 sind parallel zueinander und parallel zu der ersten Seite des Substrats 1 angeordnet. In Figur 1 ist eine Auftragung eingezeichnet, bei der über der horizontalen Achse die Bleikonzentration und über der vertikalen Achse der Abstand von der ersten Metallschicht 4 aufgetragen ist. In der Auftragung ist ein Bleikonzentrationsverlauf 6 eingetragen, der ein stufenförmiges Abnehmen der Blei- konzentration illustriert. Die Dicke der Teilschichten 13 beträgt von 100 nm bis 900 nm, insbesondere von 400 nm bis 600 nm, insbesondere 500 nm. Dabei können alle die Teilschichten 13 die gleiche Dicke haben. Die Dicke der ferroelektrischen Schicht 5 beträgt von 200 nm bis 5000 nm. In der ferroelektrischen Schicht 5 gelten für die Bleikonzentration c(Pb), die Zirkoniumkonzentration c(Zr) und die Titankon- zentration c(Ti) folgendes: c(Pb)/(c(Zr)+c(Ti)) beträgt von 0,9 bis 1 ,0, c(Zr)/(c(Zr)+c(Ti)) beträgt von 0,1 bis 0,3. Die Einheit der Konzentrationen ist beispielsweise mol/l. Dabei gilt: ci(Pb)/(ci(Zr)+ci(Ti)) < C2(Pb)/(C2(Zr)+C2(Ti)) < ... < CN(Pb)/(CN(Zr)+CN(Ti)), wobei N die Anzahl der Teilschichten 13 ist, ci die Konzentrationen in der ersten der Teilschichten 13, C2 die Konzentrationen in der zweiten der Teilschichten 13 und CN die Konzentrationen in der N-ten der Teilschichten 13 sind sowie der Index in den Konzentrationen mit dem zunehmenden Abstand von der ersten Metallschicht 4 größer wird. Zudem kann gelten: ci(Zr)/(ci(Zr)+ci(Ti)) = C2(Zr)/(c2(Zr)+C2(Ti)) = ... = ΟΝ(ΖΓ)/(ΟΝ(ΖΓ)+ΟΝ(ΤΙ)). Die ferroelektrische Schicht 5 hat eine Perovskit Struktur. Die ferroelektrische Schicht hat einen pyroelektrischen Koef- fizienten von höher als 1 ,5*10 4 C/(m 2 K).

Die zweite Metallschicht ist unmittelbar auf die ferroelektrische Schicht aufgebracht und weist ein oxidationsbeständiges Metall auf, wie beispielsweise Gold und/oder Platin. Die zweite Metallschicht fungiert als eine Kopfelektrode für die ferroelektrische Schicht 5. Die Dicke der zweiten Metallschicht beträgt von 10 nm bis 200 nm. Die zweite Metallschicht kann mittels eines Gaphasenabscheideverfahrens aufgebracht sein, wie beispielsweise Sputtern. Beim Aufbringen der zweiten Metallschicht ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur des Substrats 1 nicht mehr als 100°C von derjenigen Temperatur des Substrats 1 abweicht, bei der die ferroelektrische Schicht 5 aufgebracht wird.

Die Dicken der Trägermembran 2, der Adhäsionsschicht 3, der ersten Metallschicht 4, der ferroelektrischen Schicht 5, der Teilschichten 13 und der zweiten Metallschicht sind dabei in Figur 1 die Erstreckungen der jeweiligen Schicht in vertikaler Richtung.

Die Mikromechanikstruktur kann beispielsweise ein Infrarotlichtsensor und/oder ein Aktuator sein. Wenn es sich bei der Mikromechanikstruktur um den Infrarotlichtsensor handelt, ist es wünschenswert, wenn der pyroelektrische Koeffizient der ferroelektrischen Schicht 5 möglichst hoch ist. Wenn es sich bei der Mikromecha- nikstruktur um den Aktuator handelt, ist es wünschenswert, wenn der piezoelektrische Koeffizient der ferroelektrischen Schicht möglichst hoch ist.

Die ferroelektrische Schicht 5 wird mittels eines Sputterprozesses aufgebracht, insbesondere mittels eines konfokalen Sputterprozesses. Das Blei, das Zirkonium und das Titan des Bleizirkonattitanats werden von drei unterschiedlichen Sputtertargets gleichzeitig abgeschieden, wobei jedes der Sputtertargets nur jeweils eines der drei Elemente Blei, Zirkonium und Titan aufweist. Beim Abscheiden der ferroelektrischen Schicht hat das Substrat 1 eine Temperatur von 420°C bis 700°C. Die Sputterraten des Bleis, des Zirkoniums und des Titans werden eingestellt, indem eine jeweilige elektrische Leistung an die drei Sputtertargets angelegt wird. Beim Sputtern wird ein elektrisches Potential zwischen jedem der Sputtertargets und dem Substrat 1 erzeugt, so dass aus den Sputtertargets herausgelöste Ionen in Richtung des Substrats 1 transportiert werden. Die elektrische Leistung bezieht sich dabei auf einen von jedem der Sputtertargets zu dem Substrat fließenden elektrischen Strom. Die in der ferroelektrischen Schicht 5 vorliegenden Bleikonzentration c(Pb), Zirkoniumkon- zentration c(Zr) und Titankonzentration c(Ti) werden über die an dem zugehörigen Sputtertarget anliegende elektrische Leistung eingestellt.

Es wird erreicht, dass die Bleikonzentration in der ferroelektrischen Schicht stufenförmig mit zunehmenden Abstand von der ersten Metallschicht 3 abnimmt, indem lediglich die Sputterrate des Bleis erniedrigt wird, insbesondere indem die an das Sputtertarget, das das Blei aufweist, angelegte elektrische Leistung erniedrigt wird. Die elektrischen Leistungen, die an das Sputtertarget, das das Zirkonium weist, und an das Sputtertarget, das das Titan aufweist, angelegt sind, bleiben hingegen unver- ändert. Die an das Sputtertarget, das das Blei aufweist, angelegte elektrische Leistung wird ausgehend von einer elektrischen Ausgangsleistung Pmax.Biei um einen Wert erniedrigt, der 0,2 W bis 2 W pro einem Abstand von 100 nm von der ersten Metallschicht 3 beträgt, insbesondere beträgt der Wert 1 W pro einem Abstand von 100 nm von der ersten Metallschicht 3. Um die Oxide des Bleizirkonattitanats zu bilden, weist die Atmosphäre, in der das Sputtern durchgeführt wird, Sauerstoff auf. Zudem kann die Atmosphäre zusätzlich Argon aufweisen.

In Figur 2 ist dargestellt, wie die Variation der elektrischen Leistung, die an das Sputtertarget angelegt ist, die das Blei aufweist, zu einer Variation der Bleikonzentration in der ferroelektrischen Schicht 5 führt. Dazu wurde die ferroelektrische Schicht 5 mit einer Dicke von 1200 nm hergestellt, wobei alle 400 nm die elektrische Leistung, die an das Sputtertarget, das das Blei aufweist, um 5 W erniedrigt wurde. In Figur 2 ist eine Auftragung dargestellt, bei der über die horizontale Achse die an das Sputtertarget, das das Blei aufweist, angelegte elektrische Leistung und über die vertikale Achse ein Verhältnis c(Pb)/c(0) aufgetragen ist, wobei c(O) die Sauerstoffkonzentration in der ferroelektrischen Schicht 5 ist. Mit dem Bezugszeichen 9 ist die elektrische Leistung Pmax.Biei bezeichnet, mit dem Bezugszeichen 10 ist die elektrische Leistung Pmax.Biei - 5 W bezeichnet und mit dem Bezugszeichen 1 1 ist die elektrische Leistung Pmax.Biei - 10 W bezeichnet. Das Verhältnis c(Pb)/c(0) wurde am Rand 7 des Sub- strats 1 und im Zentrum 8 des Substrats 1 bestimmt. Deutlich erkennbar ist, dass die Bleikonzentration mit niedrigerer elektrischer Leistung abnimmt. Die Abnahme der Bleikonzentration ist dabei im Zentrum 8 deutlicher ausgeprägt als am Rand 7.

Die untenstehende Tabelle zeigt einen Vergleich der pyroelektrischen Koeffizienten einer ersten Mikromechanikstruktur mit einer einheitlichen Bleikonzentration, die dadurch erhalten wurde, dass während des gesamten Sputterns die an das Sputtertarget, das das Blei aufweist, angelegte elektrische Leistung Pmax,Biei betrug, mit einer zweiten Mikromechanikstruktur, die in deren ferroelektrischer Schicht 5 eine stufenförmige Abnahme der Bleikonzentration hat, die gemäß Figur 2 erhalten wurde. Der pyroelektrische Koeffizient wurde an acht verschiedenen Punkten bestimmt, wobei „Center" das Zentrum 8 und„top" den Rand 7 bezeichnen. Die acht verschiedenen Punkte bewegen sich in absteigender Reihenfolge in der Tabelle die Punkte von innen nach außen. Position am Substrat 1 Pyroelektrischer Koeffizient Pyroelektrischer Koeffizient

* 10-**C/m 2 K * 10 "4 *C/m 2 K

einheitliche Bleikonzentratistufenförmige Bleikonzenton ration

Center 1 ,05 2,1

C-T 1 1 ,15 2,05

C-T-2 1 ,29 2,12

C-T-3 1 ,39 2,14

C-T-4 1 ,56 2,13

C-T-5 1 ,76 2,1 1

C-T-6 1 ,83 2,09 top 2 2,1 1

Erkennbar ist, dass mit der einheitlichen Bleikonzentration der pyroelektrische Koeffizient von 1 ,05 * l O-^C/nr^K im Zentrum bis 2,00 * 10- 4 *C/m 2 K am Rand der Mikrostruktur variiert. Dahingegen wurde überraschenderweise gefunden, dass mit der stufenförmigen Abnahme der Bleikonzentration die Variation des pyroelektrischen Koeffizienten weniger als 5 % des Maximalwerts des pyroelektrischen Koeffizienten beträgt und damit wesentlicher geringer ist, als wenn die Bleikonzentration in der gesamten ferroelektrischen Schicht einheitlich wäre.

Bezugszeichenliste

1 Substrat

2 Trägermembran

3 Adhäsionsschicht

4 erste Metallschicht

5 ferroelektrische Schicht

6 Bleikonzentrationsverlauf

7 Rand

8 Zentrum

10 Pmax,Blei - 5 W

11 max.Blei 10 w

12 Grenzschicht

13 Teilschicht