基于AlN-c-BN的高頻SAW器件的制備及研究.pdf

1、隨著移動(dòng)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，聲表面波(SAW)器件以其高頻、高功率、高可靠性及微型化等優(yōu)點(diǎn)廣泛的應(yīng)用到無(wú)線通訊、雷達(dá)以及日常消費(fèi)領(lǐng)域。如何提高聲表器件的中心頻率是目前通訊技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。金剛石由于具有最高的SAW速度，以金剛石為基底的多層膜結(jié)構(gòu)成為制備高頻SAW器件的突破口，同時(shí)壓電材料AlN、c-BN薄膜具有較高的SAW傳播速度，又歸屬于III-V族氮化物體系，與金剛石具有相近的晶格結(jié)構(gòu)，因此本論文提出構(gòu)建c-BN/AlN/di

2、amond結(jié)構(gòu)高頻SAW濾波器，并主要研究了如何通過退火制備高質(zhì)量（002）取向的AlN薄膜、AlN/c-BN復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的工藝實(shí)現(xiàn)方法以及相應(yīng)的SAW器件的制備與測(cè)試。
　　本課題首先利用退火工藝優(yōu)化了（002）取向的AlN薄膜，設(shè)計(jì)離位與原位兩種退火方式，對(duì)比了不同退火溫度對(duì)AlN薄膜的影響，通過XRD、AFM、PFM等方法研究了不同條件下AlN薄膜的晶向、形貌和壓電特性的變化，發(fā)現(xiàn)原位退火明顯優(yōu)于離位退火，當(dāng)退火溫度為500

3、℃時(shí)，薄膜具有最佳的（002）取向，同時(shí)具有最高的相對(duì)壓電系數(shù)d33=0.52V，并具體研究了該條件下AlN薄膜的極化保持特性，發(fā)現(xiàn)薄膜內(nèi)部矯頑場(chǎng)電場(chǎng)約與8V電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度相同。其次，制備了基于AlN薄膜的c-BN/AlN薄膜結(jié)構(gòu)，通過不同厚度、不同層數(shù)的對(duì)比，得出當(dāng)c-BN厚度為80nm,AlN厚度為80nm,3層結(jié)構(gòu)薄膜時(shí)可獲得最佳的相對(duì)壓電系數(shù) d33=0.75V，相對(duì)于單層 AlN薄膜提高了44.2％，同時(shí)保持良好的極化特性

4、。
　　最后，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了叉指寬度為2μm的器件結(jié)構(gòu)，有效降低了器件插入損耗，通過紫外光刻工藝獲得了器件結(jié)構(gòu)完整、線條完好、無(wú)斷指連指等現(xiàn)象的叉指換能器，在此基礎(chǔ)上，分別測(cè)試了 IDT/AlN/SiO2/Si結(jié)構(gòu)器件中心頻率為495MHz，插入損耗為-24.15dB；IDT/AlN/c-BN/AlN/SiO2/Si結(jié)構(gòu)器件中心頻率為592MHz，插入損耗為-35.8dB；IDT/AlN/c-BN/AlN/diamond結(jié)構(gòu)器件中心