用于fbar技术的aln薄膜的研究

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1、浙江大学硕l‘毕业论文摘要随着个人通讯系统(Pcs)的迅猛发展，通讯设备中心频率的提升成为一个引人关注的问题。当前，操控频率已经提高到GHz级别，介质滤波器和声表面波(sAw)滤波器由于自身的种种限制已经不能很好的适应频率的提升和器件的小型化需要。FBAR作为一种新型的滤波器，具有体积小、工作频率高、插入损耗低、带外抑制大、高Q值、大功率容量、低温度系数、以及良好的抗静电冲击能力和半导体工艺兼容性等优点，具有良好的发展前景。AlN薄膜是薄膜声体波滤波器(FBAR)器件的核心部分。A1N具有高的声体波波速、较好的压电性能、较低的介质损耗等特点，因此A1N成为FB

2、AR压电薄膜的理想材料。本文选择A1N薄膜的制备为主要研究内容，从理论和实验两个角度来研究不同的工艺参数对AlN薄膜沉积速率和以(002)面择优取向的影响。A1N薄膜成膜速率过低是影响FBAR技术发展的一个瓶颈，提高成膜速率是本文的一个主要研究方向。理论使用Berg模型建模分析工艺参数对磁控反应溅射迟滞效应的影响，实验使用射频和直流磁控反应溅射来制备所需的AlN薄膜，根据理论分析调整实验参数以获得较高速率和较好取向的AlN薄膜。实验中，用射频磁控溅射在60分钟内制备出厚度达2．3um的AlN薄膜，沉积速率高达38．7nm／min，这样高的速率国内文献未见报道，

3、完全满足FBAR器件的需要。择优取向关系到FBAR的谐振特性，实验中制备的AlN薄膜(002)面取向良好，xRD衍射峰半高宽较小，SEM截面图织构清晰。结果表明：较小的氮气分压(20％-25％)，较低的反应气压，较高的溅射功率，适当的基片加热和适当减小靶基距有利于提升AlN薄膜的沉积速率和获得更理想的(002)面择优取向。通过优化工艺参数，可以完成AlN薄膜高速、高质量的制各，对FBAR器件的产业化有重要意义。实验最后还制备出较为粗略的大尺寸压电震荡堆，并测试了其谐振频率。关键字：FBAR，A1N薄膜，磁控反应溅射，沉积速率，(002)面择优取向浙江大学硕上毕

4、业论文第1章绪论1．1论文研究动机及章节安排l，1f1本文研究动机当前，个人通信系统，卫星传输和其他种类的无线数据通讯的快速发展使得中心频率提升到了GHz级。在GHz频段，需要有更高性能和集成化的微型滤波器与之适应，Lc振荡器、陶瓷振荡器、横波振荡器等对于射频通讯系统显得体积实在太大了。传统电子声学技术另一个缺点是在微波领域使用单晶压电材料形成压电陶瓷，难以与IC制造工艺相容，这些材料由自身性质所决定的特定声波传输速率和器件体积一起限制了操作频率，并且减小器件体积会直接导致制造成本的巨大增加。以压电薄膜为核心的SAW和BA、v滤波器虽然可以更加微型化和适应更高

5、的中心频率，但是sAw滤波器由于受限于光刻工艺精度而影响中心频率的进一步提升，因此在更高的频段下(2GHz．20GHz)，薄膜体声波振荡器(FBAR)目前被认为是更理想的解决方案。FBAR拥有很多优异的性质，如小的体积，高O值，低的插入损耗，高的功率容量等，而且制造成本也可控制在较低的水平。FBAR技术同时运用了快速发展的薄膜制备技术，使得薄膜的性能参数可以得到更加精确的控制。在FBAR技术中，压电薄膜材料的选择对FBAR器件性能有很大影响，这些材料应在宽频带下具有良好的压电性能，低的介质损耗以及高的稳定性，同时薄膜材料制作工艺应符合Ic平面工艺要求。AlN被

6、认为是理想的FBAR压电材料，国外科研机构和大型企业投入大量人力和财力来研究FBAR技术和AlN薄膜，并能实现产业化；而在国内，由于FBAR器件设计的难度和AlN薄膜本身成膜速率较低，不易良好取向等诸多原因，致力于FBAR的研究的机构还比较少，拥有自主知识产权的产业化生产也未见进行。本文主要研究A1N薄膜的制备工艺，研究各种工艺条件下AlN薄膜性能的改变，以期能快速高质量的制备出适用于FBAR技术的AlN薄膜。下面是本论文的章节安排。1．1-2本文结构和主要工作第一章绪论，概述FBAR的原理和最新发展，重点论述FBAR的研究进展和浙江大学硕十毕业论文发展前景。

7、论述用于FBAR技术的AlN材料基本压电和电、热、光学特性，以及AlN在压电及其他领域的应用，概述AlN薄膜的组织结构以及基本制备技术。第二章，论述AlN薄膜主要的制备技术一磁控反应溅射的原理和存在的问题，并通过理论建模分析反应溅射，找出调整实验参数提高成膜速率和减轻迟滞效应的方法。第三章，结合理论分析和实验数据，论述A1N薄膜的沉积速率，择优取向与各种实验参数的关系。找到一组较为合适的实验参数，此时，可以快速高质量的制备c轴定向的AlN薄膜。制各出较为粗略的大尺寸压电震荡堆，测定它的谐振曲线。第四章，总结理论分析和实验结果，指出论文还存在的不足。1．2用于射

8、频前端的FBAR介绍个人通讯系统的快速