基于ScAlN薄膜的高频SAW器件制备研究

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sme_william
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随着通信技术的迅猛发展,网络通讯的升级对包括SAW滤波器、双工器、功放、开关、低通滤波器在内的射频前端要求越来越高。其中,滤波器是射频前端中的不可或缺的组成部分,声表面波(SAW)滤波器凭借着自身的优势逐渐成为主流选择,并朝着小型化、高频率、大带宽、低插入损耗的方向发展。在众多的压电材料中,氮化铝(Al N)薄膜具有较高的声速,其纵向的传播速度达到了10400m/s,是制作高频SAW滤波器的优选压电薄膜材料。但是,由于Al N薄膜自身的局限性,与氧化锌(Zn O)、铌酸锂(Li Nb O3)、锆钛酸铅(PZT)等压电材料相比,其压电系数较低。近年来,金属钪(Sc)元素掺杂Al N逐步成为提高Al N薄膜压电性能的一大研究热点。本论文使用直流磁控溅射的方法优化了ScAlN薄膜的生长工艺,通过改变溅射功率、工作压强、氮气与氩气的气流量之比等生长工艺参数,然后通过X射线衍射分析薄膜的晶向、使用原子力显微镜观察薄膜形貌及粗糙度变化、压电力显微镜测试薄膜压电性能,综合表征薄膜质量。研究不同参数下ScAlN薄膜的生长规律,从而得到最佳的生长条件。结果表明在溅射功率为180w,工作压强为0.3Pa,氮气与氩气流量比为15:15的工艺参数下,ScAlN薄膜的C抽择优取向最强,在10V的极化电压下获得了43.7nm的压电形变量,获得了良好的压电性能。在最佳ScAlN薄膜生长工艺基础之上制作出了高频SAW谐振器,一方面,在铂金衬底上设计了一种具有反射栅的IDT结构,叉指宽度为500nm,工作频率为1.887GHz,器件的插入损耗降低到了-50.935d B。另一方面,在金刚石衬底上制作了300nm线宽的叉指电极,谐振频率高达7.48GHz,并研究了叉指对数和假指结构对器件性能的影响。本文通过钪元素掺杂有效提高了Al N薄膜的压电性能,为ScAlN薄膜在SAW器件的应用方面提供了一定的参考价值。
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