Migrationsbeständigkeit von Al- und Cu-Metallisierungen in SAW-Bauelementen

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Akustomigrationsresistenz von in Kupfertechnologie hergestellten SAW-Strukturen charakterisiert und diese mit dem Schädigungsverhalten von Al-basierten SAW-Strukturen unter gleichen Belastungsbedingungen verglichen. Dies wurde durch die Anwendung einer speziellen Power-SAW-Teststruktur ermöglicht. Das Schädigungsniveau wurde hierbei über die irreversible Verschiebung der Peakfrequenz bzw. durch Änderungen im elektrischen Widerstand sowie durch mikroskopische Untersuchung der Mikrostruktur beurteilt. Die durchgeführten SAW-Belastungsexperimente mit HF-Leistungen bis zu 4,5 W zeigten, dass das entwickelte Ta-Si-N/Cu/Ta-Si-N-System im Vergleich zur Al/Ti-Metallisierung eine Akustomigrationsresistenz besitzt, die um mehr als drei Größenordnungen höher ist als jene der Al/Ti-Metallisierung. Hohe SAW-Belastungen verursachten sowohl im Al- als auch im Cu-Testwandler Hügel- und Lochbildung. Während die Hügel in der Al/Ti-Metallisierung senkrecht zur Oberfläche bis zu einer Höhe von 1 µm und die Löcher bis hinab an die Ti-Schicht wuchsen, bildeten sich in den extrem belasteten Cu-basierten Wandlern nur flache Hügel und schmale Löcher aus, welche noch mit der Deckschicht vollständig bedeckt waren. Anhand von REM/EBSD, TEM sowie FIB-Untersuchungen konnte ein relevanter Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur und dem Schädigungsverhalten aufgezeigt werden

Some Results of the EU Project FASTGRID

The EU FASTGRID project aimed at improving the REBCO conductor in order to enhance its economical attractiveness for the Superconducting Fault Current Limiter (SFCL). Two approaches were simultaneously investigated: i) the reduction of the tape length through the increase of the electric field during limitation, ii) the reduction of the tape cost through improved yield and higher critical current, including the lowering of the liquid nitrogen bath temperature to 65 K. We carried out a base line using an upgraded THEVA tape. Different approaches have been tried to improve the shunt layer, both with metallic and non-conductive materials. As a first solution, we developed and successfully tested a conductor with a Hastelloy shunt able to withstand 130 Vrms/m during 50 ms at 65 K and low prospective current faults. This conductor was used in two pancake coils. These have been successfully tested at IPH in Berlin. The second shunt solution developed consisted of a ceramic in epoxy matrix coating. Another significant improvement of the tape is the successful implementation of the Current Flow Diverter (CFD) concept with a simple sulfidation process or a deposition of an insulating yttria nanolayer by Inkjet Printing. An increase by one order of magnitude of the Normal Zone Propagation Velocity with respect to tapes without CFD has been measured. A low cost and fast hot spot detection system has also been developed. To reach much higher electric fields under limitation, the FASTGRID team also developed advanced tapes based on a sapphire substrate, which can tolerate ultra-high electric fields up to about 1 kV/m. Validated at laboratory scale, this game-changing technology needs to be implemented in long lengths with an industrial process. One pancake was integrated and tested with a low-cost optical fiber and fast hot spot detection system, developed and patented within the FASTGRID project. This manuscript will showcase most of these FASTGRID results.This work was supported in part by the European Union's Horizon 2020 Research and Innovative Programme under Grant 721019 and in part by the ICMAB acknowledge the Center of Excellence Severo Ochoa under Grant CEX2019-000917-S.With funding from the Spanish government through the ‘Severo Ochoa Centre of Excellence’ accreditation (CEX2019-000917-S).Peer reviewe

Migrationsbeständigkeit von Al- und Cu-Metallisierungen in SAW-Bauelementen

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Akustomigrationsresistenz von in Kupfertechnologie hergestellten SAW-Strukturen charakterisiert und diese mit dem Schädigungsverhalten von Al-basierten SAW-Strukturen unter gleichen Belastungsbedingungen verglichen. Dies wurde durch die Anwendung einer speziellen Power-SAW-Teststruktur ermöglicht. Das Schädigungsniveau wurde hierbei über die irreversible Verschiebung der Peakfrequenz bzw. durch Änderungen im elektrischen Widerstand sowie durch mikroskopische Untersuchung der Mikrostruktur beurteilt. Die durchgeführten SAW-Belastungsexperimente mit HF-Leistungen bis zu 4,5 W zeigten, dass das entwickelte Ta-Si-N/Cu/Ta-Si-N-System im Vergleich zur Al/Ti-Metallisierung eine Akustomigrationsresistenz besitzt, die um mehr als drei Größenordnungen höher ist als jene der Al/Ti-Metallisierung. Hohe SAW-Belastungen verursachten sowohl im Al- als auch im Cu-Testwandler Hügel- und Lochbildung. Während die Hügel in der Al/Ti-Metallisierung senkrecht zur Oberfläche bis zu einer Höhe von 1 µm und die Löcher bis hinab an die Ti-Schicht wuchsen, bildeten sich in den extrem belasteten Cu-basierten Wandlern nur flache Hügel und schmale Löcher aus, welche noch mit der Deckschicht vollständig bedeckt waren. Anhand von REM/EBSD, TEM sowie FIB-Untersuchungen konnte ein relevanter Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur und dem Schädigungsverhalten aufgezeigt werden

Migrationsbeständigkeit von Al- und Cu-Metallisierungen in SAW-Bauelementen

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Akustomigrationsresistenz von in Kupfertechnologie hergestellten SAW-Strukturen charakterisiert und diese mit dem Schädigungsverhalten von Al-basierten SAW-Strukturen unter gleichen Belastungsbedingungen verglichen. Dies wurde durch die Anwendung einer speziellen Power-SAW-Teststruktur ermöglicht. Das Schädigungsniveau wurde hierbei über die irreversible Verschiebung der Peakfrequenz bzw. durch Änderungen im elektrischen Widerstand sowie durch mikroskopische Untersuchung der Mikrostruktur beurteilt. Die durchgeführten SAW-Belastungsexperimente mit HF-Leistungen bis zu 4,5 W zeigten, dass das entwickelte Ta-Si-N/Cu/Ta-Si-N-System im Vergleich zur Al/Ti-Metallisierung eine Akustomigrationsresistenz besitzt, die um mehr als drei Größenordnungen höher ist als jene der Al/Ti-Metallisierung. Hohe SAW-Belastungen verursachten sowohl im Al- als auch im Cu-Testwandler Hügel- und Lochbildung. Während die Hügel in der Al/Ti-Metallisierung senkrecht zur Oberfläche bis zu einer Höhe von 1 µm und die Löcher bis hinab an die Ti-Schicht wuchsen, bildeten sich in den extrem belasteten Cu-basierten Wandlern nur flache Hügel und schmale Löcher aus, welche noch mit der Deckschicht vollständig bedeckt waren. Anhand von REM/EBSD, TEM sowie FIB-Untersuchungen konnte ein relevanter Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur und dem Schädigungsverhalten aufgezeigt werden

Some Results of the EU Project FASTGRID

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Status of EC project FASTGRID

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Advances of the EC project FASTGRID

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