基于aln压电层的薄膜体声波谐振器的制备研究

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1、摘要无线终端的多功能化对频率器件提出了微型化、低功耗、高性能等要求。传统射频频率器件的解决方案主要是微波介质陶瓷和声表面波(SAw)技术。前者虽有较好的性能，但体积太大；后者体积虽小，但存在着工作频率不高、插入损耗较大、功率容量较低等缺点。然而，薄膜体声波谐振器(FBAR)既综合了介质陶瓷性能优越和SAW体积较小的优势，又克服两者的缺点，其工作频率高、功率容量大、损耗低、体积小，是目前唯一有望集成的射频滤波器技术，正成为国内外研究的热点。压电材料的选择及成膜质量是谐振器制作的关键，AIN材料因其具有宽带隙、高声速、高阻抗、低密度等优点而成为制作谐振器的优选材料。本文在前

2、期直流反应磁控溅射法制备A1N薄膜的工作基础上，采用优化的RF反应磁控溅射法制备了具有(002)择优取向的灿N薄膜，重点研究了溅射气压对舢N薄膜择优取向的影响，并利用XRD、AFM和SEM分别表征了舢N薄膜的晶粒取向、表面形貌和薄膜截面。结果表明当衬底温度为300℃、靶基距为3cm、溅射气压为5Pa时，在Pt电极上可沉积高质量的c轴择优取向砧N薄膜。为了模拟器件性能和指导器件的制备，本文在一维Mason等效电路模型的基础上，采用Matlab软件对六层结构的谐振器进行了简单模拟；并从理论上推导出MBVD模型以及提取该模型中的分立参量，在该模型的基础上利用射频仿真软件ADS

3、较精确的模拟了器件的频率特性，为器件的制备和分析奠定了理论基础。为了制作FBAR器件，结合后期测试方法，采用MEMS工艺制备了两种结构的体声波谐振器。第一种：借助MEMSI艺中的体微细加工(BulkMicromachining)技术制备了具有三明治结构的背空腔型体声波谐振器，从薄膜沉积、光刻、电极图形化、～N刻蚀工艺流程方面，进一步优化制备工艺；第二种：使用类似工艺制备出了具有平面电极的体声波谐振器原型。本文采用了两种方法测试了谐振器性能：第一，将制得的具有三明治结构的背空腔型体声波谐振器构成单端口网络，利用高频网络分析仪测试其频率特性，并与模拟结果进行比较，分析了器件

4、性能的影响因素及相关规律，最终测得串、并联谐振频率(痧、彦)分别为1．7532GHz和1．7858GHz，Kef!￡z、Q的值分别为4．5％和72．8；第二，将所制得的具有平面电极的谐振器，通过微波探针台测试了器件的频率特性。关键词：薄膜体声波谐振器；氮化铝；射频磁控反应溅射；光刻IIAbstractWiththedevelopmentofwirelessterminal’Smulti—functions，frequencycomponentsarerequiredtobesmallersize，low-powerdissipation，andhigh·performa

5、nce．ThetraditionalsolutionapproachesforRFcomponentsaremostlymicrowavedielectricceramicsandsurfaceacousticwavetechnologieS．Theformerhavegoodperformance，buttoobiginsize，andthelatter’Ssmallinsize，butit’Swithsuchdrawbacksaslowworkfrequency,highpowerloss，andlowpowercapacity．AFillBulkAcousticR

6、esonator(FBAR)hasexcellentpropertiesaswithdielectricceramicsresonatorsandthesmallsizeaswithsurfaceacousticwaveresonatOrs．Meanwhile，itovercomesthedrawbacksoftheboth，andhasadvantagessuchashighworkfrequency,bigpowerhandlingcapacity,lowpowerloss，andsmallsize．Itistheonlyonepromisingforintegra

7、tionRFfiltertechnology,andthusbecomingahotresearchissue．Thechoiceofpiezoelectricmaterialsandthequalityoffillarethemostimportantthingsinfabricationtheresonator．AINispreferredoverZnOasthepiezoelectricmaterialforFBARsinceithaswiderbandgap，higherbulkacousticwavevelocity,highe