高频大功率SAW滤波器的ZnO/金刚石多层膜制备及性能研究

论文摘要

小体积、高功率的SAW器件由于在小面积上产生大量的热（高达几个KW/cm2）而容易导致其局部过热,影响SAW器件的稳定性和使用寿命,因而成为SAW器件必须解决的关键问题。金刚石材料由于其高的热导率20W/（Kcm）,高的声表面波速度和高的电阻率,与硅相比更适用于制作多层膜声表面波滤波器（SAWF）,满足了声表面波滤波器件高频率大功率的要求。但金刚石本身并不是压电材料,需要在其上面沉积一层压电薄膜（如ZnO、AlN、LiNbO3）,制成多层膜SAW器件。ZnO具有优良的压电特性,具有较大的光、机电耦合系数,较低的温度系数和较小的介电常数,且原料丰富无污染,是制备高频SAW器件的理想材料。为了提高压电转换率,同时减少插入损耗,要求制备的ZnO薄膜要有良好的c轴择优取向,晶粒细小均匀、表面光滑且有较高的电阻率。本文围绕ZnO/IDT/Diamond多层膜结构大功率声表面波滤波器的研制,作了以下工作:首先,对多层膜结构SAWF的原理进行了阐述:其次,1、研究了金刚石/硅复合膜的导热特性,提出复合膜交界面的制备是影响其热导率的最关键因素之一。2、利用RF磁控溅射法在Si和金刚石衬底上分别制备ZnO薄膜,研究了衬底温度对薄膜性能的影响,采用XRD、SEM等测试手段对薄膜进行了分析,最终得出在Si衬底上,功率为100W,氩氧比为8:4,压强为1Pa时,最佳衬底温度为350℃;在金刚石衬底上,功率为80W,氩氧比为7:5,压强为1Pa时,最佳衬底温度为220℃;在普通未抛光Si,镜面Si和抛光金刚石衬底上制备了高度c轴取向的ZnO薄膜,摇摆曲线半高宽分别为7°、2.5°、3°。3、利用直流磁控溅射法在Si和金刚石衬底上分别制备Al薄膜,然后再在制得的Al膜上制备ZnO薄膜。采用XRD,SEM等测试手段对薄膜进行了分析,对影响ZnO薄膜c轴择优取向的因素进行了分析,得出Al膜的粗糙度是影响ZnO薄膜取向的主要因素,并采用电子束蒸镀法在金刚石上蒸镀了高光洁度的Al膜,用光刻法制出叉指,XRD表明,在其上溅射的ZnO薄膜具有高度c轴取向。总之,通过一系列的实验测试,本文对金刚石的热导率进行了研究,并进一步对以Si和金刚石为衬底ZnO薄膜的制备工艺进行了摸索,为下一步制作ZnO/IDT/Diamond多层膜结构的大功率声表面波滤波器奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 综述
• 1.1 SAWF的结构原理
• 1.1.1 SAWF的结构原理
• 1.1.2 金刚石多层膜SAWF的结构原理
• 1.1.3 SAWF的发展现状和趋势
• 1.1.4 SAWF的应用
• 1.2 大功率SAW器件的材料工艺研究
• 1.2.1 高热导率金刚石薄膜的制备
• 1.2.2 铝电极制备
• 1.2.3 压电薄膜的制备
• 1.3 研究意义及主要工作
• 第二章 金刚石/硅复合膜的导热特性的研究
• 2.1 金刚石结构和金刚石薄膜
• 2.1.1 金刚石薄膜的结构及其优异特性
• 2.1.2 影响金刚石热导率的因素
• 2.1.3 金刚石薄膜热导率的研究现状
• 2.2 金刚石/硅复合膜热导率的研究
• 2.2.1 金刚石/硅复合膜的制备与测量
• 2.2.2 金刚石/硅复合膜热导率的分析研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 ZnO/Si和ZnO/金刚石多层膜的制备
• 3.1 ZnO的性质和用途
• 3.1.1 ZnO的结构及其优异特性
• 3.1.2 ZnO的用途
• 3.1.3 ZnO的发展方向
• 3.2 磁控溅射法制备ZnO薄膜的工艺
• 3.2.1 磁控溅射原理
• 3.2.2 预处理
• 3.2.3 制备过程
• 3.2.4 薄膜的分析手段
• 3.3 衬底温度对ZnO薄膜的影响
• 3.3.1 Si（100）衬底
• 3.3.2 金刚石衬底
• 3.4 不同衬底上ZnO薄膜的比较
• 3.4.1 XRD的比较
• 3.4.2 摇摆曲线（XRC）的比较
• 3.4.3 SEM的比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 ZnO/Al/Si和ZnO/Al/金刚石多层膜的制备初探
• 4.1 ZnO/Al/Si多层膜的制备
• 4.1.1 Al/Si的制备及表征
• 4.1.2 在Al/Si上溅射ZnO薄膜及其分析
• 4.2 ZnO/Al/金刚石多层膜的制备及分析
• 4.2.1 ZnO/Al/金刚石多层膜的制备
• 4.2.2 ZnO/Al/金刚石多层膜的XRD分析
• 4.2.3 ZnO/Al/金刚石多层膜的SEM分析
• 4.3 ZnO/IDT（Al）/金刚石多层膜的制备
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 发表论文及参与科研
• 致谢