AlN壓電薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、微波諧振單元廣泛應(yīng)用于射頻通信前端的發(fā)射/接收濾波器、時(shí)鐘振蕩部件和可調(diào)功率放大部件中。實(shí)現(xiàn)微波諧振單元小型化和集成化是解決目前射頻通信前端發(fā)展瓶頸的關(guān)鍵問題之一。微波諧振單元的尺寸大小和諧振頻率下的波長成正比。由于相同頻率下聲波的波長比電磁波波長少幾個(gè)數(shù)量級(jí),基于體聲波諧振原理的壓電薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠解決微波諧振單元小型化的問題。此外,該結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)和COMS工藝相兼容,滿足了微波諧振單元集成化的發(fā)展需求。因此,應(yīng)用于微波諧振單元的壓

2、電薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)逐漸成為近年來行業(yè)研究熱點(diǎn)。
　　壓電薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)由懸浮在硅襯底上的“金屬電極/壓電薄膜/金屬電極”復(fù)合膜層構(gòu)成。目前國內(nèi)對(duì)該空腔型壓電薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)研究尚處于初步階段,其原因是高質(zhì)量的壓電薄膜制備和不開裂的壓電復(fù)合薄膜空腔結(jié)構(gòu)難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)。本論文解決了高性能壓電薄膜制備和空腔結(jié)構(gòu)中工藝實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)問題。論文提出的工藝方法具有易于實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)牢固、襯底損傷小、工藝步驟和IC芯片加工工藝兼容性好的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)很好地滿足了現(xiàn)

3、代射頻通信前端小型化、集成化的需求。
　　本論文主要研究了電極材料上AlN薄膜的生長機(jī)理、影響高c軸取向低應(yīng)力AlN薄膜制備的關(guān)鍵因素以及壓電薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)的工藝實(shí)現(xiàn)方法。
　　首先,論文對(duì)壓電薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和材料選擇進(jìn)行了討論。論文推導(dǎo)了壓電薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)的聲學(xué)模型及其電學(xué)阻抗表達(dá)式,分析了基于AlN的壓電薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)中材料厚度、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、傳播聲速等因素對(duì)結(jié)構(gòu)輸出性能的影響,分析了復(fù)合結(jié)構(gòu)的主要材料選擇問題,為

4、壓電薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。
　　其次,論文對(duì)高性能AlN壓電薄膜材料的生長進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。該部分先采用計(jì)算機(jī)模擬的方式研究了(002)取向的AlN壓電薄膜在金屬M(fèi)o薄膜材料上的結(jié)構(gòu)弛豫、態(tài)密度變化和最佳吸附位,建立了AlN壓電薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)中材料的理論生長模型。然后,本論文研究了射頻磁控反應(yīng)濺射中粒子能量、襯底溫度和襯底材料等因素對(duì)AlN薄膜性能的影響。通過優(yōu)化工藝條件,獲得了高c軸擇優(yōu)取向的AlN壓電薄膜,并對(duì)工