多層結(jié)構(gòu)高頻聲表面波器件的分析與研制.pdf

1、聲表面波器件(SurfaceAcousticWaveDevice)是通訊系統(tǒng)中重要的器件之一。由于目前通訊器件朝著高頻化發(fā)展，優(yōu)良的高頻聲表面波器件必須具有高聲速、高機(jī)電耦合系數(shù)、低傳播損耗、高溫度穩(wěn)定性等特性。通過(guò)在壓電材料與襯底之間加入高聲速的金剛石膜層，可以提高聲表面波傳播速度，使聲表面聲波器件在不改變叉指換能器(IDT)線寬條件下，提高中心頻率，以滿(mǎn)足通信系統(tǒng)的高頻需求。 本研究采用金剛石為基片來(lái)提高聲表面波速度，并選用

2、壓電性能優(yōu)良的氧化鋅(ZnO)薄膜壓電材料，對(duì)ZnO/IDT/金剛石多層膜結(jié)構(gòu)的聲表面波器件分析和研制。主要完成了以下幾方面工作： 1.理論模型研究以多層結(jié)構(gòu)的波傳播特性為基礎(chǔ)計(jì)算出聲表面波傳播速度和機(jī)電耦合系數(shù)，應(yīng)用耦合模型(couplingofmodes)理論，進(jìn)一步模擬出多層結(jié)構(gòu)聲表面波濾波器的頻率響應(yīng)，優(yōu)化設(shè)計(jì)多層結(jié)構(gòu)基片和叉指換能器結(jié)構(gòu)，編制了模擬程序軟件。 2.高頻聲表面波濾波器的多層結(jié)構(gòu)基片及器件的設(shè)計(jì)和制

3、備根據(jù)理論分析設(shè)計(jì)出的高頻聲表面波濾波器的多層結(jié)構(gòu)基片和叉指換能器結(jié)構(gòu)，采用熱絲化學(xué)氣相沉積(HFCVD)技術(shù)在硅襯底上沉積了滿(mǎn)足高頻聲表面波器件中金剛石晶體結(jié)構(gòu)、厚度和表面粗糙度要求的金剛石膜。同時(shí)采用射頻磁控濺射方法制備了C軸定向的氧化鋅壓電薄膜，結(jié)合光刻工藝實(shí)際制作出ZnO/IDT/金剛石/Si的多層結(jié)構(gòu)聲表面波濾波器，成功的將中心頻率提高至1.5GHz。 最后，利用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量的多層結(jié)構(gòu)聲表面波濾波器的輸出結(jié)果，與壓電

4、單晶結(jié)構(gòu)的輸出特性進(jìn)行了對(duì)比，中心頻率是普通壓電單晶的3倍，并滿(mǎn)足高頻需求；同時(shí)，實(shí)際輸出特性與仿真的輸出結(jié)果作了對(duì)比，確定理論模擬對(duì)于多層結(jié)構(gòu)聲表面波濾波器的適用性。 3.為了進(jìn)一步擴(kuò)展聲表面波器件的應(yīng)用領(lǐng)域，還對(duì)無(wú)線、無(wú)源聲表面波傳感器進(jìn)行了初步探討，進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)，器件的制作及測(cè)量方法的研究工作。 綜上所述，本論文針對(duì)ZnO/IDT/金剛石/Si多層結(jié)構(gòu)高頻聲表面波濾波器提供了完整的理論、制備和結(jié)果測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)

5、證了本文研制的多層結(jié)構(gòu)聲表面波濾波器能夠提高傳播速度、中心頻率，降低損耗，滿(mǎn)足未來(lái)高頻需求。另外，對(duì)聲表面波器件的另一種應(yīng)用——聲表面波傳感器進(jìn)行了初步研究。 本文的創(chuàng)新工作如下：1.自行開(kāi)發(fā)、研制多層結(jié)構(gòu)聲表面波器件模擬程序，為多層高頻聲表面波濾波器優(yōu)化基片結(jié)構(gòu)和叉指換能器結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。 2.研究了高聲速金剛石膜及其CVD沉積工藝。提出了包括Si基片預(yù)處理、燈絲碳化、金剛石形核和生長(zhǎng)在內(nèi)的全部工藝，經(jīng)檢驗(yàn)?zāi)軡M(mǎn)足高