近些年,隨著各國研究機構(gòu)對AlN薄膜應(yīng)用領(lǐng)域的大力拓寬,AlN薄膜也被應(yīng)用在了SAW傳感器領(lǐng)域,而且也已經(jīng)出現(xiàn)了很多相關(guān)研究的報道。但是在這些報道中,基本采用的都是一些有硬質(zhì)剛性單晶襯底或者機化合物襯底,例如Si、金剛石、聚酰亞胺、LGS、聚乙烯等,而剛性襯底無法應(yīng)用于一些彎曲表面的測試,有機化合物襯底則會在超過400℃的工作環(huán)境中發(fā)生分解甚至?xí)尫懦鰵怏w,這極大地局限了SAW器件的應(yīng)用前景。為了能夠解決這些局限性,本文提出了采用耐高溫的柔性合金作為襯底,就可以完美的解決彎曲表面的測試和耐高溫的要求,例如本文中應(yīng)用的柔性哈氏合金襯底,其可以在1000℃以上的溫度中工作。從科學(xué)和應(yīng)用研究方面,在耐高溫柔性金屬襯底上制備出高性能SAW傳感器具有重要的意義。首先,通過研究C軸擇優(yōu)取向AlN薄膜在氮氣和真空兩種氛圍中退火一定時間后發(fā)現(xiàn)AlN薄膜的FWHM有了較為明顯的降低,晶粒有了較為明顯的長大,表面RMS粗糙度也有了明顯的升高;然后本文研究了不同濺射氣壓、濺射功率、氮氣含量下制備出的AlN薄膜的壓電性能,并測試了其壓電系數(shù),發(fā)現(xiàn)隨著FWHM的減小,壓電系數(shù)會逐漸增大。為了能夠進一步的反映FWHM與壓電系數(shù)之間的關(guān)系,我們參考Lughi模型建立了其之間關(guān)系的物理模型,并通過該模型驗證了本文中得到的FWHM與壓電系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。其次,通過分析傳感器結(jié)構(gòu),確定了傳感器的設(shè)計參數(shù):IDT寬度10μm、波長40μm、叉指對數(shù)50對、金屬化比例1、孔徑長度100倍波長、叉指電極與反射柵相距30μm、反射柵對數(shù)100對。接著利用Comsol軟件對該器件結(jié)構(gòu)進行了仿真,分析了對稱和反對稱兩種模態(tài)的特征頻率,得到了SAW的傳播速度為2964.66 m/s;接著仿真了薄膜厚度和電極厚度對特征頻率的影響,發(fā)現(xiàn)隨著AlN薄膜厚度的增加特征頻率也會相應(yīng)的增加,然而隨著電極厚度的增加特征頻率卻是減小的。最后,采用微細加工工藝制備了基于AlN/Y2O3/Hastelloy襯底的SAW傳感器,并且優(yōu)化了其微細加工工藝的參數(shù);接著對制備好的SAW傳感器進行測試發(fā)現(xiàn),器件在74.21MHz處出現(xiàn)了諧振峰,說明該器件具備了SAW傳播特性,但是其S11達到了-2dB,通過分析導(dǎo)致SAW傳感器性能并不理想原因主要有兩點:(1)AlN壓電薄膜表面存在這大量的異常長大的晶粒所形成的黑點,而且黑點的直徑可以達到10μm,這與叉指電極寬度在同一個量級,可能會導(dǎo)致叉指電極和反射柵斷路或者短路,這對SAW器件的性能造成了極大的影響;(2)由于本文采用的是Hastelloy柔性金屬帶材作為襯底,其厚度只有0.1mm而且其本身也是彎曲的。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TQ133.1;TB383.2

【參考文獻】

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本文編號：2810154