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High-frequency, high-sensitivity acoustic sensor implemented on AlN/Si substrate (Articolo in rivista)

Type

Articolo in rivista (Classe)
Prodotto della ricerca (Classe)

Label

High-frequency, high-sensitivity acoustic sensor implemented on AlN/Si substrate (Articolo in rivista) (literal)

Anno

2003-01-01T00:00:00+01:00 (literal)

Http://www.cnr.it/ontology/cnr/pubblicazioni.owl#doi

10.1063/1.1604482 (literal)

Alternative label

Caliendo C., Imperatori P. (2003)
High-frequency, high-sensitivity acoustic sensor implemented on AlN/Si substrate
in Applied physics letters; American Institute Of Physics (AIP), Melville (Stati Uniti d'America)
(literal)

Http://www.cnr.it/ontology/cnr/pubblicazioni.owl#autori

Caliendo C., Imperatori P. (literal)

Pagina inizio

1641 (literal)

Pagina fine

1643 (literal)

Http://www.cnr.it/ontology/cnr/pubblicazioni.owl#altreInformazioni

Il nitruro di alluminio è un materiale piezoelettrico particolarmente interessante per alcune sue proprietà quali lelevata velocità acustica (quasi il doppio rispetto a quella dellossido di zinco) che lo rende adatto alla realizzazione di dispositivi elettroacustici operanti a frequenze elevate (fino a qualche GHz). La sua resistenza ad attacchi chimici lo rende adatto ad operare in ambienti chimicamente aggressivi e pertanto è un ottimo candidato per la realizzazione di sensori chimici. Nel presente lavoro si è trovato conferma di tali proprietà riferite non al materiale bulk ma al materiale in forma di film sottile e spesso. Il prodotto si inserisce in un progetto di ricerca mirato allo studio di materiali piezoelettrici da utilizzare in dispositivi veloci (frequenze dellordine dei GHz). La ricerca ha notevoli implicazioni tecnologiche, soprattutto nel campo della telefonia mobile terrestre e satellitare, dove la tecnologia si muove verso le alte frequenze e la miniaturizzazione dei dispositivi. A livello internazionale la pubblicistica sullargomento è notevole, in quanto si cerca di migliorare la qualità dei materiali e, di conseguenza, le prestazioni dei dispositivi, avvalendosi di competenze multidisciplinari, nella chimica, nella fisica e nell ingegneria. Il prodotto in oggetto è pubblicato su Applied Physics Letters, una rivista internazionale specializzata nella pubblicazione dei risultati piu recenti della ricerca applicata nei campi della fisica, dellingegneria, della scienza dei materiali ed il cui impact factor nel 2002 è stato pari a 4.207. (literal)

Http://www.cnr.it/ontology/cnr/pubblicazioni.owl#url

http://dx.doi.org/+10.1063/1.1604482 (literal)

Http://www.cnr.it/ontology/cnr/pubblicazioni.owl#numeroVolume

83 (literal)

Rivista

Applied physics letters (Rivista)

Http://www.cnr.it/ontology/cnr/pubblicazioni.owl#note

Impact factor: 4.2 (literal)

Http://www.cnr.it/ontology/cnr/pubblicazioni.owl#pagineTotali

3 (literal)

Http://www.cnr.it/ontology/cnr/pubblicazioni.owl#numeroFascicolo

8 (literal)

Http://www.cnr.it/ontology/cnr/pubblicazioni.owl#descrizioneSinteticaDelProdotto

Nel presente lavoro viene descritta la crescita (mediante sputtering RF reattivo a circa 200°C), la caratterizzazione strutturale ed acustica di film piezoelettrici sottili e spessi di nitruro di alluminio (AlN), nonché lapplicazione di tali film alla realizzazione di dispositivi ad onde acustiche superficiali (SAW), quali un risonatore ed una linea di ritardo, utilizzati come dispositivi base per sensori chimici di umidità. La caratterizzazione strutturale ha evidenziato la presenza di una forte orientazione preferenziale (asse c ortogonale alla superficie) sia nei campioni sottili che in quelli spessi (fino a 6.3 micron di spessore). Le misure sperimentali di velocità di fase delle SAW per diversi spessori dei film di AlN su Si(111) e Si(100) sono risultate essere in ottimo accordo con quelle teoriche. La superficie libera dei dispositivi SAW implementati su AlN/Si (risonatore e linea di ritardo), nonché su ZnO/Si (linea di ritardo) è stata ricoperta con una membrana polimerica sensibile allumidità relativa; si è così realizzato una serie di sensori chimici operanti ad alta frequenza (circa 700 MHz il risonatore) e a bassa frequenza (circa 154 e 130 MHz). Tali sensori sono stati caratterizzati e confrontati dal punto di vista della sensibilità e del limite di detettabilità. I sensori chimici basati sulla propagazione delle onde acustiche superficiali (SAW) sono attualmente utilizzati in molti campi industriali e commerciali grazie alla loro tecnologia a basso costo ed alla loro elevata sensibilità. Le performances di tali sensori possono essere migliorate aumentando la frequenza di operazione del dispositivo, attraverso la scelta di materiali che consentano una elevata velocità di propagazione delle onde acustiche superficiali, quali film piezoelettrici di AlN su substrati non piezoelettrici di Silicio che offrono anche la possibilità di integrazione con la circuiteria elettronica. Il lavoro in oggetto riguarda la crescita di film, sottili e spessi, di AlN su substrati di Silicio (100) e (111), mediante la tecnica di sputtering. I film sono stati studiati dal punto di vista strutturale con la diffrazione dei raggi X, cercando le condizioni di crescita ottimali per il raggiungimento di una elevata orientazione preferenziale lungo lasse di crescita. Lo studio strutturale ha evidenziato lalta qualità cristallina dei film di AlN, nonché il loro elevato grado di orientazione. I film di AlN sono stati quindi impiegati nella realizzazione di risonatori SAW la cui frequenza di operazione è risultata pari a 700 MHz. La superficie del risonatore è stata poi ricoperta da un membrana polimerica sensibile allumidità relativa e tale dispositivo ha mostrato elevate performances, in termini di sensibilità, limite di rivelabilità e rapporto segnale rumore. (literal)

Note

ISI Web of Science (WOS) (literal)
SCImago (literal)
Scopu (literal)

Http://www.cnr.it/ontology/cnr/pubblicazioni.owl#affiliazioni

1: Istituto di Acustica \"O.M.Corbino\"-CNR, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma 2: Istituto di Struttura della Materia - CNR, Via Salaria Km. 29.50, 00016 Monterotondo (Roma) (literal)

Titolo

High-frequency, high-sensitivity acoustic sensor implemented on AlN/Si substrate (literal)

Abstract

AlN films, 1.6 to 6.3 mm thick, were sputtered at 200°C on Si(100) and Si(111) substrates. The films were crack-free, uniform and c-axis oriented. The experimental phase velocities of surface acoustic waves (SAW) propagating in the AlN/Si structures were estimated and showed only a small discrepancy (20 to 40 m/s) compared to the calculated theoretical values. A SAW resonator (SAWR)-based chemical sensor, operating at about 700 MHz, was implemented on AlN/Si. The SAWR surface was covered with a polymer film sensitive to relative humidity (RH) changes, already tested for RH sensing in previous works on SAW delay lines implemented on AlN/Si and ZnO/Si and operating at about 130 MHz.. The RH mass sensitivity and the detection limit of the SAWR sensor improved by 38% and by one order of magnitude, respectively, compared to the delay line-based sensors previously tested. (literal)

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