發(fā)布時間：2021-01-10 20:08

　　隨著5G通信時代的到來,對集成化、微型化以及高頻化濾波器的需求與日劇增�；陔x子注入剝離（Crystal Ion Slicing,CIS）制備的單晶鈮酸鋰（Lithium niobate,LN）薄膜具備電光系數(shù)大、機電耦合系數(shù)高的優(yōu)點,因此在光波導等光學器件以及體聲波濾波器等聲學器件的制備方面?zhèn)涫荜P(guān)注。值得注意的是,在離子注入剝離過程中,單晶材料中會產(chǎn)生呈高斯分布的注入損傷層,從而使單晶薄膜表面存在較為粗糙的損傷層,導致了薄膜質(zhì)量和器件性能的衰減。因此本論文研究了氬離子刻蝕去除損傷層以及表面平坦化的方法,測試了刻蝕工藝與薄膜厚度、微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系,分析了微觀結(jié)構(gòu)與薄膜電學性能的關(guān)系;針對單晶LN薄膜在薄膜體聲波器件（Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR）的制備工藝要求,通過橢偏儀研究了FBAR諧振器中薄膜厚度的無損檢測方法,并分析了表面損傷層對FBAR諧振器性能的影響。論文開展的具體研究工作和主要結(jié)果如下:1.對離子注入剝離技術(shù)制備單晶LN薄膜及其表面損傷層厚度展開研究。首先通過SRIM仿真研究了注入能量對離子濃度分布和缺陷結(jié)構(gòu)分布的影響;然后由FBAR結(jié)構(gòu)... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

FBAR器件核心結(jié)構(gòu)圖

骷?且越鶚?空氣作為反射邊界，雖然空氣的聲阻抗接近零，具備優(yōu)越的限制能力，但空腔型FBAR諧振器的工藝步驟復雜，而且空腔上方還需考慮支撐層的設(shè)計，實驗難度大；固態(tài)裝配型FABR諧振器的設(shè)計關(guān)鍵是布拉格反射層材料的選擇以及厚度的設(shè)計，限制體聲波的機理是在交替疊加高聲學阻抗層和低聲學阻抗層的基礎(chǔ)上，通過高低聲阻抗層的界面位置反射大部分體聲波，并經(jīng)多次反射后最終實現(xiàn)全反射[9]。雖然固態(tài)裝配型FABR諧振器可實現(xiàn)高Q值與低插入損耗，但多層薄膜結(jié)構(gòu)的表面粗糙度疊加會對器件性能造成影響。（a）（b）圖1-2FBAR器件結(jié)構(gòu)。（a）空腔結(jié)構(gòu)；（b）布拉格反射層結(jié)構(gòu)1.1.2壓電薄膜種類和結(jié)構(gòu)對FBAR性能的影響壓電薄膜是FBAR諧振器工作的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，壓電薄膜的材料類型、薄膜質(zhì)量以及電學性能都將對FBAR器件造成影響，因此壓電薄膜的非晶缺陷、表面粗糙度、晶粒晶界形貌[10]等微觀結(jié)構(gòu)以及薄膜內(nèi)較大的剩余殘應力，均會影響FBAR器

機電耦合系數(shù)(K2eff/%)6.57.525介電常數(shù)9.59.239聲速(m/s)1040065307344FBAR器件的重要性能指標包括有效機電耦合系數(shù)Keff2和Q值，其中Keff2表示串聯(lián)諧振頻率fs和并聯(lián)諧振頻率fp的相對頻率，受壓電薄膜的材料性能的影響；其中FBAR濾波器的有效機電耦合系數(shù)可表征濾波器帶寬的大小，并且FBAR濾波器的帶寬與Keff2成正比。而FBAR諧振器Q值是衡量器件性能的另一指標，而薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，薄膜和電極的表面粗糙度均會影響其值的大小，這是由于薄膜結(jié)晶度差，缺陷和雜質(zhì)多，這些非晶缺陷都會造成聲波的散射，如圖1-3所示。因而降低Q值；另一方面是由于電極和壓電薄膜表面粗糙度大，聲波散射損耗大，電極熱電消耗多，從而降低了品質(zhì)因素Q值。因此單晶LN薄膜的表面粗糙度，表面損傷層以及布拉格反射層、上下電極的表面粗糙度都將影響FBAR的器件性能。圖1-3壓電薄膜缺陷對器件性能的影響


本文編號：2969330