基于aln压电薄膜的hbar器件制备研究

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1、学校代码：10289分类号：TN385密级：公开学号：139060021江苏科技大学专业硕士学位论文基于AlN压电薄膜的HBAR器件制备研究研究生姓名王龙导师姓名王凤江副教授申请学位类别专业硕士学位授予单位江苏科技大学专业领域材料工程论文提交日期2016年04月25日研究方向MEMS压电薄膜及器件论文答辩日期2016年06月12日答辩委员会主席周方明教授评阅人盲审盲审2016年06月12日分类号：TN385密级：公开学号：139060021基于AlN压电薄膜的HBAR器件制备研究学生姓名王龙指导教师王凤江副教授江苏科技大学二零一六年六月Thefabricationands

2、tudyofHBARbasedonAlNpiezoelectricfilmSubmittedbyWangLongSupervisedbyA.Prof.WangFengjiangJiangsuUniversityofScienceandTechnologyJune,2016摘要摘要高次谐波体声波谐振器（HighOvertoneBulkAcousticResonator，HBAR）具有多频谐振特点，可以用于可跳频的频率综合器，其高Q值可以使其应用于低相噪振荡器。除此之外，HBAR还可以应用于传感器领域。本文采用脉冲激光沉积制备了c轴择优取向的AlN薄膜，以此为基础制备了大频率

3、间隔Δf的HBAR器件，并给出其理论模型、仿真设计、制备工艺和测试分析。首先，基于压电方程和运动学方程，推导了HBAR器件中压电体和普通声学层的Mason等效电路模型，给出了HBAR器件的Mason等效电路模型。接着，结合Mason模型采用射频仿真软件ADS建立了压电体、普通声学层和HBAR器件的仿真模型，并根据ADS仿真模型设计了频率间隔Δf为0.91GHz、结构为0.1μmMo/0.9μmAlN/0.1μmMo/60.3μm蓝宝石的HBAR器件。然后，采用脉冲激光沉积制备AlN薄膜，研究了激光能量密度、基底温度和基底材料对AlN薄膜取向和表面形貌的影响。研究结果表明：

4、随着激光能量密度2（1.5~3.0J/cm）和基底温度（500~700℃）的增加，有利于AlN（002）取向生长，而表面粗糙度增加；在Mo/蓝宝石基底上制备的AlN（002）取向优于在Mo/Si（100）2基底上制备的AlN。基于这些参数的研究，我们采用激光能量密度3.0J/cm、基底温度700℃在图形化Mo/蓝宝石基底上制备了半高宽为1.6°的c轴择优取向的AlN薄膜。最后，我们研究了HBAR器件的制备工艺，采用微纳加工工艺制备了两种HBAR器件，并进行了测试。实验结果表明：两种HBAR器件在0.7~5.0GHz宽频范围内具有多模谐振特性，在压电薄膜换能器的半波长附近达

5、到最强谐振，相邻模式之间的频率间隔Δf较大，达到了0.91GHz，这未见有报道。器件1与器件2相比较，随着有效面积的增大，HBAR器件的阻抗幅度减小。实验测试结果与理论值相比较，并联谐振频率fp和串联谐振频率fs符合的较好。关键词高次谐波体声波谐振器；AlN压电薄膜；脉冲激光沉积IAbstractAbstractHighovertonebulkacousticresonator(HBAR)isusedinthemultiplefrequenciesmicrowavesourcesorlowphasenoiseoscillators,whichutilizesthemult

6、imodeandhighQproperties.Besides,HBARisalsousedinsensors.Inthispaper,preferredc-axisAlNfilmwasdepositedbypulsedlaserdeposition(PLD).WefabricatedHBARwiththewidespacingoftheparallelresonancefrequencybasedonAlNfilm,anddevelopeditstheoreticalmodel,simulationdesign,fabricationprocessandtestanal

7、ysis.Firstly,wededucedtheMasonequivalentcircuitmodelsofpiezoelectricfilm,ordinaryacousticlayerandHBARbasedonthepiezoelectricequationsandkinematicsequations.Then,webuiltthesimulationmodelofpiezoelectricfilm,ordinaryacousticlayerandHBARbasedonMasonmodelbyRFsimulations