AlN壓電薄膜復合結構研究.pdf

1、微波諧振單元廣泛應用于射頻通信前端的發(fā)射/接收濾波器、時鐘振蕩部件和可調(diào)功率放大部件中。實現(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數(shù)量級,基于體聲波諧振原理的壓電薄膜復合結構能夠解決微波諧振單元小型化的問題。此外,該結構的加工技術和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,應用于微波諧振單元的壓

2、電薄膜復合結構逐漸成為近年來行業(yè)研究熱點。
　　壓電薄膜復合結構由懸浮在硅襯底上的“金屬電極/壓電薄膜/金屬電極”復合膜層構成。目前國內(nèi)對該空腔型壓電薄膜復合結構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合薄膜空腔結構難以同時實現(xiàn)。本論文解決了高性能壓電薄膜制備和空腔結構中工藝實現(xiàn)的難點問題。論文提出的工藝方法具有易于實現(xiàn)、結構牢固、襯底損傷小、工藝步驟和IC芯片加工工藝兼容性好的特點。這些特點很好地滿足了現(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薄膜的生長機理、影響高c軸取向低應力AlN薄膜制備的關鍵因素以及壓電薄膜復合結構的工藝實現(xiàn)方法。
　　首先,論文對壓電薄膜復合結構設計原理和材料選擇進行了討論。論文推導了壓電薄膜復合結構的聲學模型及其電學阻抗表達式,分析了基于AlN的壓電薄膜復合結構中材料厚度、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、傳播聲速等因素對結構輸出性能的影響,分析了復合結構的主要材料選擇問題,為

4、壓電薄膜復合結構的設計提供了理論基礎。
　　其次,論文對高性能AlN壓電薄膜材料的生長進行了理論和實驗研究。該部分先采用計算機模擬的方式研究了(002)取向的AlN壓電薄膜在金屬Mo薄膜材料上的結構弛豫、態(tài)密度變化和最佳吸附位,建立了AlN壓電薄膜復合結構中材料的理論生長模型。然后,本論文研究了射頻磁控反應濺射中粒子能量、襯底溫度和襯底材料等因素對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,并對工