Veröffentlichung: Radio-Frequency Characteristics of Ge-Doped Vanadium Dioxide Thin Films with Increased Transition Temperature
Abstract:
Diese Arbeit untersucht das Hochfrequenzverhalten im Frequenzbereich von 5-35 GHz von Germanium-dotierten Vanadiumdioxid-Dünnschichten (Ge-dotiertes VO2), die mittels Sputtern und gepulster Laserabscheidung (PLD) auf Siliziumsubstraten mit geschätzten Ge-Konzentrationen von 5 und 5,5% abgeschieden wurden. Beide Schichten weisen kritische Übergangstemperaturen (Tc) von 76,2 bzw. 72 °C auf, die höher sind als die des undotierten VO2, das bei 68 °C einen reversiblen Isolator-Metall-Phasenübergang durchläuft. Beide Arten von Ge-dotierten Filmen zeigen eine geringe Hysterese (<5 °C) in ihren Leitfähigkeits-/Temperatureigenschaften und bewahren hohe Gleichstromleitfähigkeiten im Aus-Zustand (entsprechend dem Isolierzustand des Phasenwechselmaterials) von 13 S/m für den gesputterten bzw. 55 S/m für den PLD-abgeschiedenen Film. Die Gleichstromleitfähigkeit im eingeschalteten Zustand (entsprechend dem leitfähigen Zustand des Phasenwechselmaterials) erreicht 145.000 S/m im Falle der PLD-Schicht, was einen signifikanten Anstieg im Vergleich zu den nach dem Stand der Technik gemessenen Werten für undotierte VO2-Dünnschichten darstellt, die auf identischen Substraten abgeschieden wurden. Um die Unterschiede im Off-Zustand und das HF-Verhalten der abgeschiedenen Ge-dotierten VO2-Filme weiter zu verstehen, schlagen wir eine originelle Methodik für die experimentelle Extraktion der Dielektrizitätskonstante (εr) im GHz-Bereich der Filme unter 60 °C vor. Dies wird durch Ausnutzung der Frequenzverschiebung von resonanten Filtern erreicht. Zu diesem Zweck haben wir koplanare Wellenleiterstrukturen mit ultrakompakten Peano-Raumfüllungskurven hergestellt, von denen jede bei einer anderen Frequenz zwischen 5 und 35 GHz auf zwei Arten von Substraten in Resonanz tritt, wobei eine mit Ge-dotierten VO2-Dünnfilmen und eine andere nur mit SiO2 als Referenz dient. Die berichteten Ergebnisse und Analysen tragen zum Fortschritt auf dem Gebiet der Metall-Isolator-Übergangsmaterial-Technologie mit hoher Übergangstemperatur für industrielle HF-Anwendungen bei.
Diese Arbeit wurde durch das HORIZON 2020 FET OPEN PHASE-CHANGE SWITCH-Projekt gefördert.