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近年来,随着社会的高度信息化,表面声波器件已经被大量用于日常生活中,如卫星通讯、网络通讯及无线通讯等,而对于轻薄短小高频元器件的需求更是与日俱增。由于表面声波器件具有体积小、重量轻,以及可集成化等特性,所以高频表面声波器件的研究,已经成为一个很重要的课题。
氮化铝(AlN)是一种具有六方纤锌矿晶体结构的宽能隙直接能带结构Ш-V族化合物半导体材料。AlN具有许多优异的性能,由于其具有高热导率、高击穿电压、高硬度、高声波传输速度,良好的电绝缘性和介电性质、无毒性,以及优良的压电性、高声表面波传播速度和化学稳定性,在蓝光、紫外发光材料及热释电材料、外延过渡层、SOI材料的绝缘埋层和GHz级声表面波器件等方面有着重要的应用。
在非压电衬底上沉积压电薄膜并用于制作表面声波器件,主要研究AlN薄膜与Si衬底匹配问题及获得择优取向AlN薄膜制作表面声波器件。氮化铝(AlN)薄膜因其拥有良好的压电特性、较高的声波传送速度,再加上其易与半导体工艺相结合,因此在众多压电材料中我们选择氮化铝(AlN)薄膜作为研制薄膜式声表面波器件的压电材料。在工艺中保证薄膜表面粗糙度和择优取向程度是氮化铝(AlN)表面声波器件制作的关键因素。
本工作研究了直流磁控溅射在硅(Si)衬底上制备(100)和(002)面择优取向氮化铝(AlN)薄膜,研究其结构、表面形貌、力学、光学、电学等方面的特性,通过研究不同工艺参数对薄膜特性的影响,获得了制备用于制作表(体)声波器件的择优取向AlN薄膜的工艺条件。用x射线衍射仪、扫描电子显微镜、x射线光电子能谱仪、原子力显微镜、椭圆偏振光谱仪、大载荷划痕仪和傅里叶红外光谱仪等测试手段薄膜进行测试分析。研究发现,衬底温度、溅射功率、靶基距对AlN薄膜的择优取向性和晶粒尺寸有很大影响。分析测试结果表明:生长出AlN薄膜具有良好的择优取向;薄膜表面平整,均方根粗糙度小;薄膜中Al和N基本上为理想配比,氧含量低;薄膜光学性质良好,折射率高;薄膜与基底附着性好;可以满足表面波器件的应用要求。
最后探索表声波器件的制作,在所制备的择优取向AlN薄膜表面溅射镀铝,利用光刻工艺制作叉指换能器,简单通过光学显微镜评价叉指电极的质量。