Приборы с акустическим переносом заряда (стр. 4 из 5)

Рис. 5

Зависимость 2 идет круче, чем 1, т.к во втором случае коэффициент поглощения а_е больше, чем в первом.

4. Практическое использование эффекта в функциональной электронике

Изготовление акустической интегральной схемы на поверхности пьезоэлектрического звукопровода включает в себя следующие этапы:

— изготовление фотошаблона;

— металлизация рабочей поверхности звукопровода;

— изготовление самой схемы с помощью фотолитографии.

Рассмотрим подробнее каждую из отмеченных операций. Изготовление фотошаблона следует за расчетами самой схемы по заданным параметрам акустоэлектронного устройства. Начинается изготовление фотошаблона из вычерчивания изображения координатографом, который вырезает на нанесенной на прозрачную основу непрозрачной пленке контуры изображения. После удаления ограниченных замкнутым контуром участков на пленке получается изображение, соответствующее многократно увеличенному изображению структуры акустоэлектронного устройства. Рабочее поле координатографа позволяет вычерчивать первичный оригинал с размерами до 1000X1000 мм. Минимальный размер элемента — 0,2—0,5 мм, точность положения — 0,01 мм. Большое развитие получили автоматические координатографы с программным управлением. В комплексе с электронно-вычислительной машиной программный координатограф позволяет автоматизировать все операции, существующие между выдачей исходных данных на конструкцию акустоэлектронного устройства и получением первичного оригинала.

Дальнейшим этапом является изготовление промежуточного фотошаблона, который создается пересъемом вычерченного на координатографе первичного оригинала.

Эта пересъемка осуществляется на различных редукционных камерах, которые обеспечивают уменьшение первичного изображения в 5—60 раз. Съемки выполняются на высококачественных фотопластинках.

Наряду с вариантом технологического цикла изготовлений промежуточного шаблона, включающем вычерчивание первичного оригинала и пересъем его на редукционной камере, существует и другой вариант, использующий процесс фотонабора. Практически операция фотонабора сводится к формированию изображения непосредственно в размерах промежуточного фотошаблона. Все изображение при этом разбивается на элементарные прямоугольники с различными размерами и ориентацией.

В фотонаборной установке (генераторе изображения) имеется наборная диафрагма, расположенная в предметной плоскости объектива. Световой поток от лампы вспышки через конденсорную систему линз падает на наборную щелевую диафрагму. Ширина, длина и угол поворота щели диафрагмы изменяются с помощью трех управляющих электродвигателей, которые приводят в движение две подвижные пластины диафрагмы. Световой поток, прошедший диафрагму, фокусируется высокоразрешающим объективом на фотопластинку, расположенную на координатном столе. Координатный стол с помощью двух серводвигателей перемещается по осям X и У. Таким образом, световое пятно, соответствующее выбранной диафрагме, проектируется с уменьшением в нужное место на фотопластине. Известные фотонаборные установки хорошо стыкуются с ЭВМ, что позволяет значительно упростить технологический цикл изготовления шаблона.

В дальнейшем изготовляют рабочий фотошаблон. Метод последовательного уменьшения предполагает 2—3 этапа уменьшения первичного оригинала в процессе пересъема. Второй этап может быть совмещен с мультишцированием изображения. При этом уже при пересъеме получают окончательный (рабочий) фотошаблон.

Этот метод получения рабочего шаблона применяется при невысоких требованиях к изображению: минимальный размер элемента — 5—7 мкм, точность положения элемента — 2—5 мкм. Прецизионные же «высокочастотные» фотошаблоны проходят еще один обязательный этап уменьшения, осуществляемый с помощью вторичного пересъема. Устройства, осуществляющие вторичную пересъемку, получили название фотоповторителей или мультипликаторов. Для акустоэлектронных устройств это означает размещение на фотошаблоне различных изображений, соответствующих преобразователям, суммирующим шинам, отражательным структурам и другим элементам. Для реализации требуемой структуры на звукопроводе создается либо комплект рабочих шаблонов, либо один сложный шаблон, содержащий полное изображение всей структуры. Шаблоны комплекта снабжаются метками для последующего совмещения.

Независимо от выбранного метода последующей фотолитографии на поверхность звукопровода должно быть нанесено проводящее покрытие. Металлизация рабочей поверх ности звукопровода производится чаще всего вакуумным способом. К металлической пленке на рабочей поверхности звукопровода предъявляются следующие требования: малая толщина (<0,1—0,5 мкм), равномерность слоя, высокая электрическая проводимость, минимум микродефектов (царапин, непокрытых участков) и т.д. Наиболее распространенными материалами, используемыми для металлизации рабочей поверхности звукопровода, являются алюминий, золото и медь. Встречно-штыревые преобразователи, изготовленные из алюминия с подслоем ванадия, успешно работают на звукопроводах из кварца и ниобата лития. Медное или золотое покрытие с подслоем хрома хорошо сочетается с германатом висмута. Пленки металла могут быть получены несколькими путями:

а) испарением металла с нагретой проволоки или тигля;

б) испарением металла с тигля, разогретого электронным лучом;

в) высокочастотным распылением.

При выборе технологии осаждения учитывают толщину требуемой пленки, допустимую степень нагрева подложки,, расход материала, направленность потока материала при распылении. Последний фактор весьма существенен при получении проводящей структуры осаждением металла через окна в защитном рельефе фоторезиста.

Сама фотолитография — процесс, в результате которого образуется рельеф заданной формы в металлических пленках или диэлектрических материалах. В основе этого процесса лежит свойство некоторых высокомолекулярных соединений формировать под действием света устойчивый к травителям рельеф. Различают негативный и позитивный фоторезист. При негативном процессе в результате проявления удавляются незасвеченные участки, а при позитивном-засвеченные. Оставшийся после проявления фоторезист служит для получения изображения либо на покрывающей подложку проводящей пленке, либо непосредственно на поверхности звукопровода. Процесс фотолитографии содержит следующие операции:

— нанесение слоя фоторезиста на подложку;

— экспонирование фоторезиста;

— проявление изображения на фоторезисте;

— получение изображения элементов акустоэлектронного устройства на поверхности звукопровода.

Нанесение фоторезиста на подложку выполняется различными методами: пульверизацией, «центрифугированием», вытягиванием. Так как подложка акустоэлектронных устройств характеризуется существенным неравенством сторон, то наиболее часто используется нанесение фоторезиста методом погружения подложки в фоторезист и вытягивания ее с определенной скоростью,,

Рабочий шаблон непосредственно экспонируется на поверхность звукопровода, покрытого фоточувствительным слоем. При проекционной печати чаще всего для переноса изображения применяется оптическая система с определенным уменьшением. Контактная печать осуществляется экспонированием изображения от находящегося в непосредственном контакте со звукопроводом рабочего фотошаблона. Принципиальной разницы между двумя методами практически нет однако, следует заметить, что проекционная печать может осуществляться одновременно с многократным уменьшением изображения. В контактной печати такой возможности нет, поэтому требования к фотошаблону значительно выше.

С помощью фотолитографии наиболее часто необходимо получать проводящую структуру на поверхности диэлектрического звукопровода. Существует два варианта этого процесса. В одном из них используется вакуумное напыление металлической пленки на рельеф резиста с последующим удалением резиста. В этом случае проводящая структура образуется на местах, свободных от резиста после проявления (негативная структура — рис. 5.5.1).

В другом известном методе необходимый рисунок на металле получают химическим травлением металла через защитный слой фоторезиста (позитивная структура). На подложку 1 (рис. 5.5.2) осаждается пленка металла 2, которая: покрывается слоем фоторезиста, образующего при фотолитографии защитный рельеф 3, соответствующий требуемой структуре изображения.

Трапецевидная форма сечения резистивного рельефа об-; разуется из-за расхождения светового потока при экспонировании и подтраве при проявлении. В результате травления металлическая пленка остается лишь на участках, защищенных фоторезистом, после удаления которого на подложке остается лишь проводящая структура.

Химическое травление позволяет получать линии шириной не менее 4—5 мкм. Ионное травление позволяет свести эту величину к 1—2 мкм. Промывка подложки с полученным на ней проводящим рельефом завершает изготовление блока акустоэлектронного устройства. Затем следуют операции предварительного контроля, установки в корпус, приварки выводов и окончательного контроля механических и электрических параметров.

Практическое воплощение конструкции устройств на УПЩ связано с разработкой технологических процессов их изготовления, которые, хотя и основываются на базовых процесса микроэлектроники, но имеют свои специфические особенности. В частности, они должны обеспечивать на порядок более высокую точность выполнения рисунка встречно-штыревых преобразователей устройств на УПВ, обработку поверхностей
пьезоподложек с высокой чистотой и плоскостностью, высококачественное напыление пленок материалов с разными физико-химическими свойствами. Первым важным этапом при конструировании акустоэлектронных устройств на УПВ является выбор материала подложки. Хотя в настоящее время существует много пьезоди-электриков, однако наиболее часто употребляются монокристаллический кварц, ниобат лития, германат висмута и поляризованная пьезокерамика горячего прессования или горячего литья. Материал подложки до некоторой степени определяет технологическую схему изготовления акустоэлектронного устройства. Эта схема всегда включает в себя такие основные этапы: