Er改性AlN薄膜制备及SAW器件基础研究

发布时间：2022-11-04 22:05

　　AlN压电薄膜具有极其优异的物理特性以及较高的化学稳定性,在当今电子通讯设备向高频和超高频发展的时代背景下,AlN压电薄膜材料以其较高的声速,成为高频以及超高频器件的热门材料,在RF高频滤波器、声表面波传感器、换能器、压电执行器等方面具有较大的应用价值。但是纯AlN薄膜的压电性能较差,不符合大宽带器件的制作要求,因此本文通过Er进行改性掺杂,以改善AlN薄膜的压电性能,进而提高相应器件的机电耦合效应和工作带宽。本论文通过射频磁控溅射手段,以蓝宝石为衬底材料,使用Al-Er合金靶材,制备不同溅射工艺参数下的Er掺杂AlN薄膜。并研究溅射工艺参数对Er掺杂AlN薄膜的结晶质量和表面形貌的影响,同时本论文基于不同Er含量下和不同氮氩流量比下的ErAlN薄膜制备了声表面波谐振器,通过分析SAW谐振器的电声性质来研究Er含量和氮氩流量比对AlN薄膜声速和压电响应的影响。本论文的主要研究工作为:1、使用射频磁控溅射手段,采用控制变量法进行实验设计,利用XRD、SEM、AFM等测试手段,分别研究了溅射功率、溅射温度、氮氩流量比、溅射气压对Er改性AlN薄膜沉积速率、结晶质量和表面形貌的影响,得到了该... 

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 本文研究背景及研究意义
    1.2 AlN薄膜的性质
    1.3 AlN薄膜的应用
        1.3.1 薄膜体声波谐振器
        1.3.2 声表面波器件
        1.3.3 能量收集器
        1.3.4 其他应用
    1.4 AlN压电薄膜国内外研究现状及发展前景
        1.4.1 国内外研究现状
        1.4.2 发展前景
    1.5 本文主要研究目的和内容
        1.5.1 主要目的
        1.5.2 主要内容
第二章 AlN薄膜及叉指器件的制备和表征
    2.1 AlN薄膜的制备
        2.1.1 薄膜制备方法
        2.1.2 镀膜设备
        2.1.3 薄膜制备流程
    2.2 AlN薄膜表征手段
        2.2.1 薄膜晶体结构的表征
        2.2.2 薄膜表面形貌的表征
        2.2.3 薄膜厚度和成分表征
    2.3 叉指电极的制备
        2.3.1 光刻设备
        2.3.2 叉指电极的制备流程
    2.4 声表面波器件的表征
        2.4.1 器件S参数的测试
第三章 掺杂AlN薄膜的晶体结构和表面形貌
    3.1 溅射功率对薄膜性能的影响
        3.1.1 溅射功率对薄膜沉积速率的影响
        3.1.2 溅射功率对薄膜结晶质量的影响
        3.1.3 溅射功率对薄膜表面形貌的影响
    3.2 基片温度对薄膜性能的影响
        3.2.1 基片温度对薄膜沉积速率的影响
        3.2.2 基片温度对薄膜结晶质量的影响
        3.2.3 基片温度对薄膜表面形貌的影响
    3.3 氮氩流量比对薄膜性能的影响
        3.3.1 氮氩流量比对薄膜沉积速率的影响
        3.3.2 氮氩流量比对薄膜结晶质量的影响
        3.3.3 氮氩流量比对薄膜表面形貌的影响
    3.4 溅射气压对薄膜性能的影响
        3.4.1 溅射气压对薄膜沉积速率的影响
        3.4.2 溅射气压对薄膜结晶质量的影响
        3.4.3 溅射气压对薄膜表面形貌的影响
    3.5 ErAlN薄膜的EDS成分分析
    3.6 小结
第四章 Er掺杂Al N压电薄膜的声表面波滤波器电声性质
    4.1 SAW器件的设计以及S特性
        4.1.1 SAW器件的设计
        4.1.2 SAW器件的S参数
    4.2 Er含量对ErAlN薄膜SAW器件电声性质的影响
        4.2.1 Er含量对薄膜结晶质量的影响
        4.2.2 Er含量对SAW器件中心频率和声速的影响
        4.2.3 Er含量对SAW器件机电耦合系数的影响
    4.3 氮氩流量比对ErAlN薄膜SAW器件电声性质的影响
        4.3.1 氮氩流量比对SAW器件中心频率和声速的影响
        4.3.2 氮氩流量比对SAW器件机电耦合系数的影响
    4.4 本章小结
第五章 结论
    5.1 全文总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]基于ZnO单晶声表面波压力传感器的特性研究[D]. 吴文琪.南京邮电大学 2017
[2]钪、铒掺杂氮化铝薄膜的第一性原理研究[D]. 泰智薇.电子科技大学 2018
[3]宽禁带半导体材料—AIN薄膜的离子束合成与表征[D]. 程莉莉.中国科学院上海冶金研究所 2000
[4]AlN薄膜改性技术与工艺研究[D]. 张必壮.电子科技大学 2019



本文编号：3701414