Thin films of SiO₂-GeO₂ for piezoelectric applications

Kleinere kwartskristallen voor piëzo-elektrische toepassingen

Kwartskristallen (SiO₂) worden veel gebruikt in apparaten die scherpe piëzo-elektrische resonanties vereisen, zoals klokken, filters en oscillatoren, vanwege hun temperatuurstabiliteit en hoge Q-factor. Traditioneel wordt hoogwaardig kwarts (SiO₂) geproduceerd via hydrothermische groei gevolgd door mechanisch snijden en etsen. Deze methode beperkt de kristalgrootte echter tot tientallen micrometers, waardoor de bedrijfsfrequenties worden beperkt tot honderden MHz, wat niet overeenkomt met de hoge frequentie- en miniaturisatie-eisen van moderne micro-elektronica.

In haar proefschrift onderzoekt Silang Zhou de groei van SiO₂-GeO₂ dunne films met diktes variërend van 50-200 nm, met behulp van de Pulsed Laser Deposition-techniek. Terwijl SiO₂ stabiel is maar moeilijk te kristalliseren, kan GeO₂ worden gekristalliseerd tot kwartsstructuur, maar met een uitdagende kristalliniteitscontrole. Voor zuivere GeO₂ heeft Zhou met succes hoogwaardige monokristallen van wel 1 mm x 200 μm gekristalliseerd op saffiersubstraat (Al2O3).

Zhou laat zien dat tot 75% Si kan worden gekristalliseerd tot een vaste oplossing met behulp van een kwartssubstraat (SiO₂). Door dunne films te laten groeien op verschillende substraten en rekomstandigheden, benadrukt deze studie de complexiteit van kwartskristallisatie en biedt inzichten voor toekomstig onderzoek.

Silang Zhou voerde haar promotieonderzoek uit bij het Zernike Institute for Advanced Materials, afdeling Nanostructures of Functional Oxides met financiering van een TOP-PUNT programma van NWO. Ze vervolgt haar loopbaan als Senior Process Engineer bij ASM International. 

Proefschrift: https://hdl.handle.net/11370/9552f4bd-9e1f-4fcd-a7f6-efcbb2ab2b91