基于AlN壓電層的薄膜體聲波諧振器的制備研究.pdf

1、無線終端的多功能化對頻率器件提出了微型化、低功耗、高性能等要求。傳統(tǒng)射頻頻率器件的解決方案主要是微波介質(zhì)陶瓷和聲表面波(SAW)技術(shù)。前者雖有較好的性能,但體積太大；后者體積雖小,但存在著工作頻率不高、插入損耗較大、功率容量較低等缺點。然而,薄膜體聲波諧振器(FBAR)既綜合了介質(zhì)陶瓷性能優(yōu)越和SAW體積較小的優(yōu)勢,又克服兩者的缺點,其工作頻率高、功率容量大、損耗低、體積小,是目前唯一有望集成的射頻濾波器技術(shù),正成為國內(nèi)外研究的熱點。

2、 壓電材料的選擇及成膜質(zhì)量是諧振器制作的關鍵,AlN材料因其具有寬帶隙、高聲速、高阻抗、低密度等優(yōu)點而成為制作諧振器的優(yōu)選材料。本文在前期直流反應磁控濺射法制備AlN薄膜的工作基礎上,采用優(yōu)化的RF反應磁控濺射法制備了具有(002)擇優(yōu)取向的AlN薄膜,重點研究了濺射氣壓對AlN薄膜擇優(yōu)取向的影響,并利用XRD、AFM和SEM分別表征了AlN薄膜的晶粒取向、表面形貌和薄膜截面。結(jié)果表明當襯底溫度為300℃、靶基距為3cm、濺射氣壓

3、為5Pa時,在Pt電極上可沉積高質(zhì)量的c軸擇優(yōu)取向AlN薄膜。 為了模擬器件性能和指導器件的制備,本文在一維Mason等效電路模型的基礎上,采用Matlab軟件對六層結(jié)構(gòu)的諧振器進行了簡單模擬；并從理論上推導出MBVD模型以及提取該模型中的分立參量,在該模型的基礎上利用射頻仿真軟件ADS較精確的模擬了器件的頻率特性,為器件的制備和分析奠定了理論基礎。 為了制作FBAR器件,結(jié)合后期測試方法,采用MEMS工藝制備了兩種結(jié)構(gòu)

4、的體聲波諧振器。第一種：借助MEMS工藝中的體微細加工(Bulk Micromachining)技術(shù)制備了具有三明治結(jié)構(gòu)的背空腔型體聲波諧振器,從薄膜沉積、光刻、電極圖形化、AIN刻蝕工藝流程方面,進一步優(yōu)化制備工藝；第二種：使用類似工藝制備出了具有平面電極的體聲波諧振器原型。 本文采用了兩種方法測試了諧振器性能：第一,將制得的具有三明治結(jié)構(gòu)的背空腔型體聲波諧振器構(gòu)成單端口網(wǎng)絡,利用高頻網(wǎng)絡分析儀測試其頻率特性,并與模擬結(jié)果進行