本文關(guān)鍵詞：基于AlN壓電薄膜的HBAR器件制備研究

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【摘要】：高次諧波體聲波諧振器(High Overtone Bulk Acoustic Resonator,HBAR)具有多頻諧振特點(diǎn),可以用于可跳頻的頻率綜合器,其高Q值可以使其應(yīng)用于低相噪振蕩器。除此之外,HBAR還可以應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域。本文采用脈沖激光沉積制備了c軸擇優(yōu)取向的Al N薄膜,以此為基礎(chǔ)制備了大頻率間隔Δf的HBAR器件,并給出其理論模型、仿真設(shè)計(jì)、制備工藝和測(cè)試分析。首先,基于壓電方程和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,推導(dǎo)了HBAR器件中壓電體和普通聲學(xué)層的Mason等效電路模型,給出了HBAR器件的Mason等效電路模型。接著,結(jié)合Mason模型采用射頻仿真軟件ADS建立了壓電體、普通聲學(xué)層和HBAR器件的仿真模型,并根據(jù)ADS仿真模型設(shè)計(jì)了頻率間隔Δf為0.91GHz、結(jié)構(gòu)為0.1μm Mo/0.9μm Al N/0.1μm Mo/60.3μm藍(lán)寶石的HBAR器件。然后,采用脈沖激光沉積制備Al N薄膜,研究了激光能量密度、基底溫度和基底材料對(duì)Al N薄膜取向和表面形貌的影響。研究結(jié)果表明:隨著激光能量密度(1.5~3.0J/cm2)和基底溫度(500~700℃)的增加,有利于Al N(002)取向生長,而表面粗糙度增加;在Mo/藍(lán)寶石基底上制備的Al N(002)取向優(yōu)于在Mo/Si(100)基底上制備的Al N�；谶@些參數(shù)的研究,我們采用激光能量密度3.0J/cm2、基底溫度700℃在圖形化Mo/藍(lán)寶石基底上制備了半高寬為1.6°的c軸擇優(yōu)取向的Al N薄膜。最后,我們研究了HBAR器件的制備工藝,采用微納加工工藝制備了兩種HBAR器件,并進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:兩種HBAR器件在0.7~5.0GHz寬頻范圍內(nèi)具有多模諧振特性,在壓電薄膜換能器的半波長附近達(dá)到最強(qiáng)諧振,相鄰模式之間的頻率間隔Δf較大,達(dá)到了0.91GHz,這未見有報(bào)道。器件1與器件2相比較,隨著有效面積的增大,HBAR器件的阻抗幅度減小。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與理論值相比較,并聯(lián)諧振頻率fp和串聯(lián)諧振頻率fs符合的較好。
【關(guān)鍵詞】：高次諧波體聲波諧振器 AlN壓電薄膜 脈沖激光沉積
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN629.1;TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 課題研究背景11-14
• 1.1.1 HBAR器件的應(yīng)用11-12
• 1.1.2 HBAR器件的模型與原理12-13
• 1.1.3 HBAR器件的材料選擇13-14
• 1.2 HBAR器件的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 AlN壓電薄膜的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 本論文研究內(nèi)容17-18
• 第2章 HBAR器件的建模與設(shè)計(jì)18-32
• 2.1 壓電薄膜的特性18-23
• 2.1.1 晶體的介電性質(zhì)18-19
• 2.1.2 晶體的彈性性質(zhì)19-21
• 2.1.3 晶體的壓電性質(zhì)21
• 2.1.4 AlN壓電薄膜的特性21-23
• 2.2 HBAR器件的Mason等效電路模型23-27
• 2.2.1 壓電體的Mason模型23-26
• 2.2.2 普通聲學(xué)層的Mason模型26
• 2.2.3 HBAR器件的Mason模型26-27
• 2.3 HBAR器件的ADS仿真模型建立與設(shè)計(jì)27-31
• 2.3.1 HBAR器件中各材料的參數(shù)值27
• 2.3.2 壓電體的ADS仿真模型建立27-28
• 2.3.3 普通聲學(xué)層的ADS仿真模型建立28-30
• 2.3.4 HBAR器件的ADS仿真模型建立30
• 2.3.5 HBAR器件的設(shè)計(jì)30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 AlN壓電薄膜的制備與表征32-47
• 3.1 AlN薄膜的制備方法32-37
• 3.1.1 脈沖激光沉積概述32-33
• 3.1.2 脈沖激光沉積原理33-35
• 3.1.3 脈沖激光沉積中的重要工藝參數(shù)35-36
• 3.1.4 脈沖激光沉積特點(diǎn)36-37
• 3.2 AlN薄膜的表征方法37-38
• 3.2.1 X射線衍射儀37-38
• 3.2.2 原子力顯微鏡38
• 3.3 脈沖激光沉積制備AlN薄膜38-46
• 3.3.1 激光能量密度對(duì)AlN薄膜的影響39-42
• 3.3.2 基底溫度對(duì)AlN薄膜的影響42-44
• 3.3.3 基底材料對(duì)AlN薄膜的影響44-45
• 3.3.4 圖形化Mo/藍(lán)寶石基底上沉積AlN薄膜45-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第4章 HBAR器件的制備與測(cè)試47-71
• 4.1 制備HBAR器件中采用的微納加工工藝簡介與研究47-61
• 4.1.1 磁控濺射工藝47-48
• 4.1.2 脈沖激光沉積工藝48
• 4.1.3 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝48-49
• 4.1.4 光刻工藝49-52
• 4.1.5 刻蝕工藝52-53
• 4.1.6 背減薄工藝53-61
• 4.2 HBAR器件的制備工藝流程61-63
• 4.3 HBAR器件的測(cè)試與分析63-70
• 4.3.1 HBAR器件1的測(cè)試與分析64-67
• 4.3.2 HBAR器件2的測(cè)試與分析67-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻(xiàn)72-78
• 致謝78-79
• 詳細(xì)摘要79-83

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本文編號(hào)：908854