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《天津大学》 2012年
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ZnO/金刚石多层膜结构的高频SAW滤波器关键技术的研究

李翠平  
【摘要】:声表面波(SAW)器件以其小型化、高可靠性、多功能等优点而广泛应用于雷达、无线通信和光纤通信系统中,随着移动通信的迅猛发展,应用频率不断提高,以金刚石为基底的多层膜结构的SAW器件以其高频和高功率承受力的优点而备受国内外学者的关注。本文针对ZnO/IDT/金刚石多层膜结构的高频SAW器件研制中的一些热点和难点开展了一系列工作。 制备了适用于高频SAW器件的自支撑金刚石膜,抛光后的金刚石具有低表面粗糙度(均方根粗糙度为0.2 nm)、高结晶性、高相纯度和高热导率(13.48 W/(cmK),满足高频SAW器件对基底的要求。 为了获得满足高频SAW器件要求的高品质ZnO压电薄膜,采用AFM、SEM、XPS、EDS、XRD、Raman光谱、FTIR光谱、PL光谱和高阻计分别研究了基底反溅和通氧退火对溅射ZnO薄膜的表面形貌、微观结构、化学组分、内部缺陷和电学性质等的影响。基底反溅可以降低薄膜的均方根粗糙度,改善其结晶性,提高c轴择优取向,减少薄膜内部缺陷;适当的通氧退火可以改善ZnO薄膜的结晶质量,减少薄膜的内应力,提高其电阻率(1-2个数量级)。 研究了c轴择优取向ZnO薄膜的微观压电性和极化取向。采用压电力显微镜(PFM)对ZnO薄膜进行了压电响应成像,观测了其平行和垂直于薄膜表面方向上的微观压电性和自发极化取向;对压电响应振幅和相位数据进行了统计分析,结果表明,在垂直于薄膜方向上具有较大的压电响应振幅,该方向上具有两种方向相反的自发极化取向,这两种取向分别对应于Zn截止和O截止的薄膜,平行于薄膜方向上仅有微弱的压电响应;采用Euler角将晶体坐标下压电效应公式转换为实验室坐标,理论上阐明了压电响应相位与极化取向和晶体取向的关系;将极化取向与压电性能结合,解释了极化取向对薄膜宏观压电性能的影响。研究了沉积参数对c轴取向ZnO薄膜垂直薄膜平面方向上压电性能和极化取向的影响,随着基底温度的升高,极化取向由向上(O截止)为主转变成向下(Zn截止)为主。 探索了多层膜结构SAW器件的制作工艺,成功制备了IDT/LiTaO_3压电晶体和ZnO/IDT/Diamond多层膜结构的SAW滤波器,并对其频率响应等特性进行了检测。ZnO/IDT/diamond结构的SAW滤波器采用指宽为1.7μm的IDT,其中心频率高于2 GHz,SAW相速度为13600 m/s。ZnO/IDT/diamond结构的SAW滤波器采用较宽的指宽,获得了传统压电晶体SAW器件两倍多的中心频率。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN713;TN65

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