单晶铌酸锂薄膜Ar + 刻蚀机理与应用研究

发布时间：2021-01-10 20:08

　　随着5G通信时代的到来,对集成化、微型化以及高频化滤波器的需求与日剧增。基于离子注入剥离（Crystal Ion Slicing,CIS）制备的单晶铌酸锂（Lithium niobate,LN）薄膜具备电光系数大、机电耦合系数高的优点,因此在光波导等光学器件以及体声波滤波器等声学器件的制备方面备受关注。值得注意的是,在离子注入剥离过程中,单晶材料中会产生呈高斯分布的注入损伤层,从而使单晶薄膜表面存在较为粗糙的损伤层,导致了薄膜质量和器件性能的衰减。因此本论文研究了氩离子刻蚀去除损伤层以及表面平坦化的方法,测试了刻蚀工艺与薄膜厚度、微观结构的关系,分析了微观结构与薄膜电学性能的关系;针对单晶LN薄膜在薄膜体声波器件（Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR）的制备工艺要求,通过椭偏仪研究了FBAR谐振器中薄膜厚度的无损检测方法,并分析了表面损伤层对FBAR谐振器性能的影响。论文开展的具体研究工作和主要结果如下:1.对离子注入剥离技术制备单晶LN薄膜及其表面损伤层厚度展开研究。首先通过SRIM仿真研究了注入能量对离子浓度分布和缺陷结构分布的影响;然后由FBAR结构... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

FBAR器件核心结构图

骷?且越鹗?空气作为反射边界，虽然空气的声阻抗接近零，具备优越的限制能力，但空腔型FBAR谐振器的工艺步骤复杂，而且空腔上方还需考虑支撑层的设计，实验难度大；固态装配型FABR谐振器的设计关键是布拉格反射层材料的选择以及厚度的设计，限制体声波的机理是在交替叠加高声学阻抗层和低声学阻抗层的基础上，通过高低声阻抗层的界面位置反射大部分体声波，并经多次反射后最终实现全反射[9]。虽然固态装配型FABR谐振器可实现高Q值与低插入损耗，但多层薄膜结构的表面粗糙度叠加会对器件性能造成影响。（a）（b）图1-2FBAR器件结构。（a）空腔结构；（b）布拉格反射层结构1.1.2压电薄膜种类和结构对FBAR性能的影响压电薄膜是FBAR谐振器工作的基础结构，压电薄膜的材料类型、薄膜质量以及电学性能都将对FBAR器件造成影响，因此压电薄膜的非晶缺陷、表面粗糙度、晶粒晶界形貌[10]等微观结构以及薄膜内较大的剩余残应力，均会影响FBAR器

机电耦合系数(K2eff/%)6.57.525介电常数9.59.239声速(m/s)1040065307344FBAR器件的重要性能指标包括有效机电耦合系数Keff2和Q值，其中Keff2表示串联谐振频率fs和并联谐振频率fp的相对频率，受压电薄膜的材料性能的影响；其中FBAR滤波器的有效机电耦合系数可表征滤波器带宽的大小，并且FBAR滤波器的带宽与Keff2成正比。而FBAR谐振器Q值是衡量器件性能的另一指标，而薄膜的结晶质量，薄膜和电极的表面粗糙度均会影响其值的大小，这是由于薄膜结晶度差，缺陷和杂质多，这些非晶缺陷都会造成声波的散射，如图1-3所示。因而降低Q值；另一方面是由于电极和压电薄膜表面粗糙度大，声波散射损耗大，电极热电消耗多，从而降低了品质因素Q值。因此单晶LN薄膜的表面粗糙度，表面损伤层以及布拉格反射层、上下电极的表面粗糙度都将影响FBAR的器件性能。图1-3压电薄膜缺陷对器件性能的影响


本文编号：2969330