TaN薄膜材料及微波功率薄膜電阻器研究.pdf

1、作為射頻與微波系統(tǒng)的重要組件—微波功率薄膜電阻器可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通訊、電子對抗等領(lǐng)域。本文主要開展了三個(gè)方面的工作：材料方面，采用反應(yīng)直流磁控濺射技術(shù)制備TaN薄膜材料，主要研究了氮流量、薄膜厚度、Al摻雜和TaN/Al多層膜結(jié)構(gòu)的工藝條件對TaN薄膜微結(jié)構(gòu)和電性能的影響；在微波功率薄膜電阻器方面，由有耗傳輸線理論建立了微波功率薄膜電阻器的等效電路模型，采用HFSS軟件設(shè)計(jì)、仿真了系列微波功率薄膜電阻器的結(jié)構(gòu)尺寸和性能；器件制備方面，

2、采用反應(yīng)直流磁控濺射和掩膜圖形化技術(shù)制備了系列TaN微波功率薄膜電阻器，驗(yàn)證設(shè)計(jì)仿真結(jié)果。
　　通過從材料制備、器件設(shè)計(jì)和仿真以及器件制備的系統(tǒng)研究，得到如下幾方面的結(jié)論：
　　在材料制備方面，對于 TaN薄膜，隨氮流量的增加，薄膜的電阻率和TCR絕對值都逐漸增大，當(dāng)?shù)髁繌?％增加到6%，薄膜電阻率從約350μ?·cm增加到1030μ?·cm，TCR絕對值從30 ppm/℃增大到750 ppm/℃。當(dāng)?shù)髁啃∮?%時(shí)，Ta

3、N薄膜中主要含低TCR的Ta2N相，當(dāng)?shù)髁扛哂?%時(shí)，TaN薄膜中主要含高TCR的富氮相。薄膜厚度顯著影響TaN薄膜的電學(xué)性質(zhì)，隨薄膜厚度的增加，薄膜的電阻率和絕對值TCR都減小，當(dāng)薄膜厚度從30nm增加到280 nm時(shí)，TaN薄膜電阻率從519μ?·cm減小到210μ?·cm，TCR絕對值從150 ppm/℃減小到30 ppm/℃；對于Al摻雜的TaN薄膜，隨Al/Ta面積比的增加，薄膜的電阻率和TCR絕對值都逐漸增大，當(dāng)Al/Ta

4、面積比從0%增加到30%，薄膜的電阻率從250μ?·cm增大到2560μ?·cm，TCR絕對值從12 ppm/℃增大到270 ppm/℃，與未摻雜的TaN薄膜相比，其電阻率可調(diào)范圍顯著增大，而TCR并沒有顯著地惡化；對于TaN/Al多層膜，隨氮流量的增加，薄膜的電阻率和TCR絕對值都逐漸增大，當(dāng)?shù)髁繌?%增加到6%，薄膜的電阻率640μ?·cm增大到1170μ?·cm，TCR從50 ppm/℃增大到350 ppm/℃，與未摻雜的TaN

5、薄膜相比，其電阻率可調(diào)范圍更寬。
　　在微波功率薄膜電阻器設(shè)計(jì)和仿真方面，根據(jù)有耗傳輸理論建立了微波功率薄膜電阻器的等效電路模型，采用HFSS軟件設(shè)計(jì)仿真了100W（DC～6GHz）、300W（DC～1.5GHz）、500W（DC～2GHz）、800W（DC～1GHz）的系列微波功率薄膜電阻器的結(jié)構(gòu)和性能，獲得了四個(gè)電阻器的結(jié)構(gòu)與尺寸，且每個(gè)電阻器在各自頻率范圍內(nèi)的駐波比均小于1.2。
　　在TaN微波功率薄膜電阻器制備和測