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声表面波MEMS器件研究

鲍帅  
【摘要】:声表面波(Surface Acoustic Wave, SAW)是英国物理学家瑞利在研究地震波过程中发现的弹性波,随着SAW技术的快速发展,SAW器件以体积小、功能多、功耗低、稳定性高、可靠性高、易于批量生产等优点,成为三大固体微电子器件之一,广泛应用在航空航天、雷达、电子等各类军用及民用领域。 本课题以声表面波技术为基础,设计了声表面波器件,研究了声表面波器件制备工艺,制作声表面波器件并对其进行测试及优化。本课题主要研究内容如下: ①设计不同频率的声表面波器件,使用L-Edit软件设计并绘制掩模板,研究了SAW器件制作工艺,其中包含了研究前烘时间、曝光时间及显影时间等工艺参数对SAW器件叉指电极光刻图形精度的影响,并在此基础上采用Lift-off工艺制作了SAW器件A1电极。 ②在上述工艺基础上研究了声表面波MEMS陀螺的制作工艺,实验结果表明:使用128°YXLiNbO3为基底,AZ5214型光刻胶,在前烘温度为105℃、时间为60s,曝光时间12s,显影时间65s时,获得良好光刻图形;使用偏光显微镜、台阶轮廓测量仪及非接触式轮廓测量仪对声表面波陀螺金属点阵尺寸进行一致性测试,在5%的误差范围内,金属点阵一致性良好且使用不同测试方法测试结果一致。 ③研究了声表面波器件测试方法,搭建测试平台测试SAW器件中心频率及插值损耗。测试结果表明:SAW器件测试信号在中心频率附近信号最强,测得的工作频率与设计频率基本保持一致,误差小于10%。 ④研究优化SAW器件性能的方法,采用脉冲电弧离子镀在SAW传播区域的压电材料表面沉积高声速的类金刚石薄膜(Diamond-like Carbon, DLC),提高SAW器件性能。实验结果表明:真空为2×10-3Pa~4×10-3Pa,频率为3Hz,起弧电压为400V,主回路电压为200V,温度为200℃,镀膜时间为5min时,沉积薄膜连续性最好。沉积不同参数的DLC膜后器件工作频率提高13%~39%。


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