Cod Proiect: PNII 12-101/2008

Resposabil de Proiect P1: Dr. George Stan

Tipul Proiectului: National

Programul de incadrare al proiectului: PCCA

Finantat de: Ministerul Educatiei si Cercetarii

Contractor: Institutul Național C-D pentru Microtehnologie

Sub-Contractor: Institutul National C-D pentru Fizica Materialelor

Status: Finalizat

Data Inceperii: 1 Octombrie, 2008

Data Finalizarii: 1 Decembrie, 2012

Rezumatul Proiectului:

Proiectul isi propune dezvoltarea tehnologiilor pentru realizarea de dispozitive cu unde acustice de suprafata (SAW) si de volum (FBAR), cu frecvente de lucru in domeniul gigahertzilor, utilizand straturi subtiri de semiconducori de banda interzisa larga (WBG), si anume AlN si GaN. Dezvoltarea in ultimii ani a tehnologiilor WBG, a deschis perspectiva realizarii unor rezonatori de tip SAW si FBAR cu frecvente de lucru in domeniul microundelor (spre deosebire de dispozitivele SAW clasice, realizate pe cuart, niobat de litiu, tantalat de litiu, cu frecvente de lucru in domeniul megahertzilor), permitand integrarea monolitica cu alte elemente de circuit si fiind compatibile cu tehnologiile MEMS. Proprietatile acestor semiconductori precum si tehnologiile de microprelucrare si nanoprocesare pe care le vom dezvolta vor permite obtinerea, pentru prima data, de frecvente de operare pana la 6 GHz. Aplicatiile directe carora careia li se adreseaza acest proiect sunt sistemele WLAN 5.2 GHz si DCS 1.8 GHz precum si telefonia mobila generatia a 4-a care va opera, dupa toate prognozele, in banda 3-6 GHz. De asemenea structurile de SAW si FBAR pot fi utilizate ca senzori chimici extrem de sensibili fiind extrem de responsivi la masa de gaz adsorbita. Vom utiliza ca strat adsorbant nanotuburi de carbon (CNT). Cum sensibilitatea unor asemenea senzori este proportionala cu patratul frecventei (f²) este de asteptat o substantiala crestere a valorii  acestui parametru o data cu cresterea frecventei.  Desi s-au facut progrese enorme in ultimii ani, in tehnologia semiconductorilor de banda interzisa larga exista inca numeroase probleme legate de calitatea straturilor subtiri semiconductoare din AlN sau GaN pe care ne propunem macar partial sa le solutionam. Fie ca sunt realizate prin tehnici de epitaxie cu fascicul molecular (MBE) sau MOCVD, fie ca sunt realizate prin sputtering, tehnologiile existente nu sunt suficient de mature pentru a putea asigura calitatea si reproductibilitatea straturilor cu care suntem obisnuiti in cazul tehnologiei siliciului si chiar a GaAs. Ne propunem obtinerea prin magnetron sputtering a unor straturi de AlN de foarta buna calitate (atat din punct de vedere structural, electric, cat si mecanic) pe plachete de siliciu de rezistivitate mare. Una din provocarile proiectului consta in obtinerea, prin microprelucrarea acestor plachete, a unor membrane de AlN cu grosimi submicronice, pentru a putea atinge dezideratele legate de frecventa de functionare a dispozitivelor FBAR ce se vor realiza. Aceste membrane vor trebui sa fie selfsustenabile, mai mult, sa poata sustine o metalizare, desi grosimea lor va trebui sa fie, conform estimarilor, mai mica de 0.5 mm. Pentru a mari frecventa de lucru a dispozitivelor SAW la valori pana la 6 GHz ne propunem sa realizam trasee metalice cu latime de ordinul 150-300nm utilizand tehnicile nanolitografice. Proiectul constituie o provocare nu numai pentru procedeele tehnologice ce vor fi abordate, dar si pentru tehnicile de modelare/proiectare care vor fi utilizate pentru aceste dispozitive. Proiectul se va finaliza cu 3 modele experimentale: un rezonator de tip  SAW si un rezonator de tip FBAR pentru aplicatii in comunicatii avansate domeniul 2-6 GHz. De asemenea se va realiza o structura de dispozitiv acustic (SAW sau FBAR) pentru aplicatii ca senzor chimic pentru etanol utilizand pentru adsorbtie nanotuburi de carbon (CNT). Consortiul este compus din doua institute nationale (IMT - unul din promotorii domeniului RF-MEMS pe plan european, coordonator al unui proiect european de succes FP4 in acest domeniu MEMSWAVE , paricipant la o retea de excelenta FP6 in RF MEMS (AMICOM) si intr-un STREP in FP7 (MEMS 4 MMIC) si INCD-FM - institut cu o expertiza de exceptie in stiinta materialelor), o universitate (UOC - avand preocupari recunoscute in domeniul RFMEMS, proiectare si caracterizare cicuite de microunde) si un IMM, SITEX-45 care va avea ca rol principal legatura cu mediul industrial si gasirea unor aplicatii concrete. Acest consortiu asigura masa critica necesara dezvoltarii acestei tematici, posibilitatea diseminarii in mediile universitare si premiza unor viitoare participari de succes in programele FP7.

Obiectivele Proiectului:

• Dezvoltarea tehnologiilor pe semiconductori compusi de banda interzisa larga (GaN, AlN) pentru realizare de filtre de tip SAW si FBAR cu frecvente de lucru pana la 6 GHz. Aceasta va implica devoltarea unor tehnici de microprelucrare si realizarea unor membrane selfsustenabile de AlN si GaN de grosimi de ordinul a 0.5 m pentru structurile de FBAR si dezvoltarea unor tehnici fotolitografice cu digiti si interdigiti ale IDT de latime de ordinul a 150-300nm pentru SAW.
• Contributia la cunoastera mai profunda a proprietatilor fizice si a tehnologiei unor materiale noi precum AlN si GaN, care prezinta inca multi parametrii necunoscuti. Proiectul va include cresterea straturilor de AlN pe substrat de siliciu, avand un grad de orientare ridicat precum si microprelucrarea pentru obtinerea membranelor.
• Proiectul se finalizeaza cu 3 modele experimentale: Modele experimentale (2) de rezonatoare SAW si respectiv FBAR cu frecventa de lucru in domeniul 2-6 GHz pentru utilizarea acestora in aplicatii in domeniul comunicatiilor (WLAN 5.2 GHz si DCS8 GHz, telefonie mobila generatia a 4-a) si un Model experimental de senzor chimic bazat pe o structura SAW sau FBAR cu frecventa de rezonanta  in domeniul 2-6 GHz, utilizand ca strat adsorbant nanotuburi de carbon.