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AIN薄膜中频溅射制备及体声波谐振器研制

作　者: 汪振中
导　师: 刘兴钊
学　校: 电子科技大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 氮化铝薄膜 聚酰亚胺 中频磁控溅射 薄膜体声波谐振器
分类号: TN713
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着无线通信的迅速发展,数据通信的中心频率提升到GHz以上,而射频滤波器,作为通信系统中信号处理的一个重要部件,越来越引起人们的关注。体声波谐振器（Film Bulk Acoustic Resonator, FBAR）是一种新型滤波器,相对于介质滤波器和表声波滤波器,具有工作频率高,Q值高,功率容量大,而且与半导体工艺兼容等优点,具有良好的发展前景。高质量C轴择优取向的AlN薄膜以及FBAR器件制备工艺是FBAR技术的核心部分。本论文主要以AlN薄膜和FBAR器件为研究内容,系统研究了中频磁控反应溅射参数对AlN薄膜质量的影响;并通过材料分析手段分析AlN薄膜;最后通过微细加工工艺制备FBAR器件。具体研究成果如下:首先,采用中频溅射在Si衬底上制备AlN薄膜,研究了氮分压、靶基距、溅射功率等参数对AlN薄膜质量的影响,实验发现:溅射功率、靶基距、氮分压均对AlN薄膜的C轴择优取向生长显著影响;通过参数优化,在烘烤温度为200 oC,气体流量Ar为80 sccm,N2为18 sccm,靶基距为7 cm,功率为2000 W的条件下,分别在Si衬底、PI/Si衬底上制备出高质量C轴择优取向的AlN薄膜。其次,通过XRD、SEM、AFM、XPS、Raman等材料分析手段分析AlN薄膜。优化条件下制备的AlN薄膜,仅有AlN（002）峰,对其进行Omega扫描得到FWHM为5.7°;SEM断面分析,晶粒为纤维状生长,从底层到表面不断增大;AFM分析,粗糙度（RMS）为8.0 nm;EDS分析,AlN薄膜的铝氮比接近1:1,通过Raman分析AlN薄膜含有E2（high）声子峰和A1（TO）声子峰,E2（high）峰的FWHM为12.8 cm-1,计算得到应力为2.4 GPa。最后,通过微细加工工艺制备FBAR器件,测试了FBAR器件的电学性能,其电阻率为5.6GΩ?cm,介电常数为11,介电损耗为2.25%,谐振频率为1.82 GHz,S11为-4.3 dB,机电耦合系数为5.4%。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 引言  9-10
  1.2 薄膜体声波谐振器(FBAR)  10-13
    1.2.1 FBAR 的工作原理  10-11
    1.2.2 FBAR 器件模型  11-12
    1.2.3 FBAR 器件的材料的选择  12-13
  1.3 氮化铝的晶体结构和性质  13-15
    1.3.1 氮化铝晶体结构  13-14
    1.3.2 氮化铝的物理性质  14-15
    1.3.3 氮化铝薄膜的微观组织结构  15
  1.4 聚酰亚胺的性质  15-16
  1.5 国内外研究进展  16-17
  1.6 本论文研究目的与研究方案  17-19
第二章 中频磁控反应溅射系统及样品表征方法  19-29
  2.1 中频磁控反应溅射系统  19-21
    2.1.1 磁控溅射原理  19-20
    2.1.2 反应溅射过程  20
    2.1.3 中频磁控反应溅射的特点  20-21
  2.2 薄膜材料表征方法  21-26
    2.2.1 X 射线衍射  21-22
    2.2.2 扫描电子显微镜和能谱仪  22-23
    2.2.3 原子力显微镜  23-24
    2.2.4 X 射线光电子能谱  24-25
    2.2.5 拉曼光谱分析  25-26
  2.3 器件电学性能测试方法  26-29
    2.3.1 I-V 测试  26
    2.3.2 C-V 测试  26-27
    2.3.3 矢量网络分析仪测试  27-29
第三章 氮化铝薄膜的制备研究  29-41
  3.1 在硅衬底上制备AlN 薄膜  29-38
    3.1.1 反应气体对中频溅射状态的影响  29-31
    3.1.2 溅射参数对AlN 薄膜的影响  31-38
  3.2 在PI/Si 衬底上制备AlN 薄膜  38-39
  3.3 本章小结  39-41
第四章 氮化铝薄膜进一步表征与分析  41-50
  4.1 X 射线衍射分析(XRD)  41-42
  4.2 扫描电子显微镜分析  42-44
  4.3 原子力显微镜分析(AFM)  44-45
  4.4 X 射线光电子能谱分析(XPS)  45-46
  4.5 拉曼光谱分析  46-48
  4.6 本章小结  48-50
第五章 FBAR 器件的制备及性能表征  50-58
  5.1 FBAR 的制备工艺  50-52
  5.2 AlN 薄膜电学性能及FBAR 器件性能测试  52-56
    5.2.1 I-V 测试  52
    5.2.2 C-V 测试  52-54
    5.2.3 网络分析仪测试  54-56
  5.3 本章小结  56-58
主要结论与创新点  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-64
攻硕期间取得的研究成果  64-65

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 滤波技术、滤波器
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