基于印刷电子工艺的声表面波器件制备及性能研究

摘要

印刷电子（Printed Electronics，PE）技术近几年在电子学领域内发展迅速，应用印刷电子技术，各类电子产品可以像印刷纸制品一样被大批量地生产出来，包括各类柔性存储及显示器件、传感器和驱动器、可以拉伸、弯折的薄膜太阳能电池等。
　　论文在研究了印刷电子技术和SAW技术的应用热点和研究现状的基础上，探讨了将印刷电子工艺技术应用于声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）器件制备的方法。采用印刷电子工艺可以较为灵活地在压电衬底上定义图形。同时，金属纳米颗粒墨水的快速发展和广泛应用，也为应用印刷电子技术制备SAW器件提供了条件。
　　文中分别应用印刷电子工艺中的喷墨打印技术和丝网印刷技术制备SAW滤波器。主要内容包括滤波器的设计与仿真、工艺步骤及参数说明和SAW器件性能测试及结果分析。
　　文中设计的SAW滤波器为横向型滤波器，具有单电极、等叉指宽和等指间间隔的IDT模型结构。分别在石英、铌酸锂和钽酸锂三种压电材料上应用喷墨打印工艺和丝网印刷工艺制备叉指线宽为50μm和200μm的SAW滤波器，对比三种材料的压电特性并对制备的滤波器性能进行测试。
　　针对滤波器性能的测试，论文分别进行了形貌测试和电学性能测试，其中形貌测试包括显微镜观测和台阶仪测试，电学性能测试包括阻抗测试，信号传输测试以及用网络分析仪分析其幅频特性等方式。喷墨打印工艺制备的SAW滤波器在显微镜观测下的叉指线条在尺寸上存在误差；用万用表测量其叉指电极的阻抗，基本位于0.3-2.0Ω之间，导电性能良好；台阶仪测试的叉指电极厚度为0.3-0.5μm，叉指换能器周期与设计值基本吻合，铌酸锂为衬底的滤波器性能较为突出；应用丝网印刷工艺制备的SAW滤波器的叉指线条边沿不够整齐，误差约为50-100μm，导电层厚度为5-10μm，应用铌酸锂和钽酸锂作为衬底制备的滤波器能实现滤波特性。
　　论文通过理论分析和大量实验验证了应用印刷电子技术制备SAW器件的可行性。以铌酸锂作为压电衬底的喷墨打印制作的SAW滤波器的滤波性能较为突出；以铌酸锂和钽酸锂作为压电衬底的丝网印刷制作的SAW滤波器基本实现了滤波特性。测试结果表明，虽然应用印刷电子工艺制备的SAW器件的精确度与微电子工艺相比还有一定的差距，器件的制备工艺方面还有很大的提升空间，但其具有的工艺流程简单、设备和生产成本低廉、不产生废液、废气等有害物质，且适于大规模生产等优势具有十分重要的研究价值和经济意义。

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第一章 绪论

1.1 印刷电子技术概述

1.1.1印刷电子学

1.1.2 印刷电子技术的应用热点

1.1.3印刷电子技术的国内外研究现状

1.2 SAW技术概述

1.2.1 SAW定义

1.2.2 SAW器件的应用

1.2.3 SAW器件的研究现状

1.3 本论文的研究内容及创新点

第二章 印刷电子技术和SAW基本理论

2.1 印刷电子技术基础

2.1.1印刷电子墨料

2.1.2印刷电子工艺及设备

2.2 SAW基本理论

2.2.1压电效应及压电材料

2.2.2叉指换能器

2.2.3 SAW滤波器

2.3 本章小结

第三章 应用喷墨打印技术制备SAW滤波器

3.1 SAW滤波器设计及仿真

3.2 实验步骤及工艺参数

3.2.1SAW滤波器版图设计

3.2.2压电基片选择及预处理

3.2.3喷墨打印过程

3.2.4压电材料的评估

3.3 器件性能测试及结果分析

3.3.1显微镜观测和电学性能测试

3.3.2台阶仪测试

3.3.3滤波器性能测试

3.3.4误差分析

3.4 本章小结

第四章 应用丝网印刷技术制备SAW滤波器

4.1 SAW滤波器设计及仿真

4.2 实验步骤及工艺参数

4.2.1网版的制备

4.2.2印前工艺

4.2.3印制过程

4.2.4印后处理

4.3 器件性能测试及结果分析

4.3.1显微镜观测和电学性能测试

4.3.2台阶仪测试

4.3.3网络分析仪测试

4.3.4误差分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢