Resonatoren

Seit fast 50 Jahren ist die Verwendung von Quarz-Kristallelementen in Mikrowaagen (oftmals quartz crystal microbalance, QCM genannt) zur Bestimmung von Schichtdicken bekannt. Dabei wird die Resonanzfrequenz eines oszillierenden piezoelektrischen Kristalls gemessen. Bei Anlagerung einer Schicht (oder genauer gesagt einer Masse) verändert sich die Resonanzfrequenz und ermöglicht so Schichtdicken hochpräzise zu bestimmen. Seitdem hat sich diese Technologie zu einem unverzichtbaren Werkzeug und zum Industriestandard in der Prozesskontrolle von optischen und elektronischen Bauteilen entwickelt. Aufgrund des Frequenz-Temperaturverhaltens des Quarzes waren diese QCMs bisher auf niedrige Arbeitstemperaturen beschränkt und mussten mit einer Wasserkühlung verwendet werden, um verlässliche Ergebnisse zu erzielen. Viele moderne Beschichtungsverfahren wie Chemical Vapor Deposition (CVD), Atomic Layer Deposition (ALD) oder Molecular Beam Epitaxy (MBE) erfordern wesentlich höhere Prozesstemperaturen und waren daher mit den bisher verfügbaren Methoden nicht messbar. Mit der Entwicklung einkristallinen Galliumphosphats stehen jetzt Kristallelemente zur Verfügung, die bis zu 800°C präzise Messungen von Schichtdicken ermöglichen. Diese Elemente werden wie Quarz-Resonatoren mit der existierenden Auswerteelektronik verwendet und eröffnen so völlig neue Möglichkeiten für die Erforschung und Prozesskontrolle von dünnen Schichten.