AlN薄膜具有優(yōu)異的物理和化學性質(zhì),被廣泛應用于薄膜器件和壓電執(zhí)行器,如無線通訊用RF濾波器和諧振器,MEMS微傳感器,能量收集器,光發(fā)射器件等。隨著無線通信技術向著高頻、大寬帶的方向發(fā)展,高數(shù)據(jù)傳輸速率,極速增大的數(shù)據(jù)量,對聲學濾波器的工作頻率和帶寬提出了更高的要求。AlN薄膜的高聲速可滿足高頻的要求,但其壓電常數(shù)和機電耦合系數(shù)較低,不利于大帶寬應用。近年來,稀土元素和過渡金屬摻雜改性AlN薄膜是提高AlN壓電響應和機電耦合系數(shù)的主要方式。本論文的研究目的是:利用反應磁控濺射法在高聲速的藍寶石襯底上制備出不同含量比例的Er/Sc共摻AlN薄膜。通過調(diào)整金屬錠的鑲嵌位置和個數(shù)控制薄膜成分,并使用均勻法、正交法和控制變量法設計工藝參數(shù),逐步優(yōu)化薄膜性質(zhì)。采用優(yōu)化后合金薄膜制備出SAW諧振器,研究摻雜AlN薄膜的機電耦合與壓電性質(zhì),為進一步提高AlN薄膜的壓電響應提供理論指導。本論文主要研究內(nèi)容為:1.運用COMSOL軟件仿真靶材表面的磁場分布,根據(jù)磁控濺射磁場強度分布與濺射效率的關系,設計鑲嵌靶金屬錠的個數(shù)和位置,從而控制Er/Sc共摻AlN薄膜的摻雜含量;2.使用均勻法、正交法和控制變...

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 本文研究背景及研究意義
    1.2 AlN薄膜的壓電性質(zhì)
    1.3 AlN壓電薄膜國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景
        1.3.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 發(fā)展前景
    1.4 本文研究目的和主要內(nèi)容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 主要內(nèi)容
第二章 AlN薄膜制備及表征方法
    2.1 AlN薄膜制備方法
        2.1.1 磁控濺射法
        2.1.2 鑲嵌靶設計
        2.1.3 薄膜制備工藝流程
    2.2 薄膜的測試及分析方法
        2.2.1 X射線衍射分析(XRD)
        2.2.2 掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線能量色散譜儀(EDS)
        2.2.3 原子力顯微鏡(AFM)
        2.2.4 橢偏儀
        2.2.5 拉曼光譜(Raman)
        2.2.6 光刻設備和矢量網(wǎng)絡分析儀
    2.3 本章小結(jié)
第三章 摻雜AlN薄膜優(yōu)化實驗設計及制備
    3.1 摻雜AlN薄膜優(yōu)化實驗設計
    3.2 均勻法優(yōu)化Er/Sc共摻AlN薄膜的性能
        3.2.1 工藝參數(shù)對底電極質(zhì)量的影響
        3.2.2 工藝參數(shù)對Er/Sc共摻AlN薄膜沉積速率的影響
        3.2.3 工藝參數(shù)對Er/Sc共摻AlN薄膜結(jié)晶質(zhì)量的影響
    3.3 正交法優(yōu)化ErAlN薄膜的性能
        3.3.1 工藝參數(shù)對ErAlN薄膜結(jié)晶質(zhì)量和取向的影響
        3.3.2 環(huán)境溫度對ErAlN薄膜結(jié)晶質(zhì)量和取向的影響
    3.4 控制變量法優(yōu)化Er/Sc共摻AlN薄膜的性能
        3.4.1 沉積速率對Er/Sc共摻AlN薄膜結(jié)晶質(zhì)量與晶體結(jié)構(gòu)的影響
        3.4.2 Er/Sc共摻AlN薄膜的成分分布
    3.5 本章小結(jié)
第四章 Er/Sc共摻AlN壓電薄膜的結(jié)構(gòu)形貌與介電性質(zhì)
    4.1 Er/Sc比例對Er/Sc共摻AlN薄膜雙軸應力的影響
    4.2 Er/Sc比例對Er/Sc共摻AlN薄膜結(jié)晶質(zhì)量與介電性質(zhì)的影響
        4.2.1 Er/Sc比例對Er/Sc共摻AlN薄膜結(jié)晶質(zhì)量和取向的影響
        4.2.2 Er/Sc比例對Er/Sc共摻AlN薄膜光學介電常數(shù)的影響
    4.3 Er/Sc共摻AlN薄膜的膜厚與表面粗糙度
    4.4 本章小結(jié)
第五章 Er/Sc共摻雜AlN壓電薄膜的電聲性質(zhì)
    5.1 Er/Sc比例對SAW諧振器中心頻率和聲速的影響
        5.1.1 Er/Sc共摻AlN壓電薄膜基SAW諧振器的S參數(shù)
        5.1.2 Er/Sc比例對SAW諧振器中心頻率和聲速的影響
    5.2 Er/Sc比例對SAW諧振器有效機電耦合性質(zhì)的影響
        5.2.1 Er/Sc比例對Er/Sc共摻AlN薄膜晶體結(jié)構(gòu)的影響
        5.2.2 薄膜晶體結(jié)構(gòu)對有效機電耦合性質(zhì)的影響
    5.3 Er/Sc比例對Er/Sc共摻AlN薄膜壓電響應的影響
        5.3.1 Er/Sc比例對Er/Sc共摻AlN薄膜剛度系數(shù)C33的影響
        5.3.2 Er/Sc比例對Er/Sc共摻AlN薄膜波恩有效電荷的影響
        5.3.3 Er/Sc比例對Er/Sc共摻AlN薄膜壓電響應的影響
    5.4 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻
附錄
攻讀碩士學位期間取得的成果



本文編號：3904566