AlN薄膜中频溅射制备及体声波谐振器研制

摘要

随着无线通信的迅速发展，数据通信的中心频率提升到GHz以上，而射频滤波器，作为通信系统中信号处理的一个重要部件，越来越引起人们的关注。
　　体声波谐振器（Film Bulk Acoustic Resonator, FBAR）是一种新型滤波器，相对于介质滤波器和表声波滤波器，具有工作频率高，Q值高，功率容量大，而且与半导体工艺兼容等优点，具有良好的发展前景。
　　高质量C轴择优取向的AlN薄膜以及FBAR器件制备工艺是FBAR技术的核心部分。本论文主要以AlN薄膜和FBAR器件为研究内容，系统研究了中频磁控反应溅射参数对AlN薄膜质量的影响；并通过材料分析手段分析AlN薄膜；最后通过微细加工工艺制备FBAR器件。具体研究成果如下：
　　首先，采用中频溅射在Si衬底上制备AlN薄膜，研究了氮分压、靶基距、溅射功率等参数对AlN薄膜质量的影响，实验发现：溅射功率、靶基距、氮分压均对AlN薄膜的C轴择优取向生长显著影响；通过参数优化，在烘烤温度为200℃，气体流量Ar为80 sccm，N2为18 sccm，靶基距为7 cm，功率为2000 W的条件下，分别在Si衬底、PI/Si衬底上制备出高质量C轴择优取向的AlN薄膜。
　　其次，通过XRD、SEM、AFM、XPS、Raman等材料分析手段分析AlN薄膜。优化条件下制备的AlN薄膜，仅有AlN(002)峰，对其进行Omega扫描得到FWHM为5.7°；SEM断面分析，晶粒为纤维状生长，从底层到表面不断增大；AFM分析，粗糙度(RMS)为8.0 nm；EDS分析，AlN薄膜的铝氮比接近1:1，通过Raman分析AlN薄膜含有E2(high)声子峰和A1(TO)声子峰，E2(high)峰的FWHM为12.8 cm-1，计算得到应力为2.4 GPa。
　　最后，通过微细加工工艺制备FBAR器件，测试了FBAR器件的电学性能，其电阻率为5.6GΩ·cm，介电常数为11，介电损耗为2.25％，谐振频率为1.82 GHz，S11为-4.3 dB，机电耦合系数为5.4%。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2 薄膜体声波谐振器(FBAR)

1.3 氮化铝的晶体结构和性质

1.4聚酰亚胺的性质

1.5国内外研究进展

1.6 本论文研究目的与研究方案

第二章 中频磁控反应溅射系统及样品表征方法

2.1 中频磁控反应溅射系统

2.2薄膜材料表征方法

2.3 器件电学性能测试方法

第三章 氮化铝薄膜的制备研究

3.1 在硅衬底上制备AlN薄膜

3.2 在PI/Si衬底上制备AlN薄膜

3.3本章小结：

第四章 氮化铝薄膜进一步表征与分析

4.1 X射线衍射分析(XRD)

4.2 扫描电子显微镜分析

4.3 原子力显微镜分析(AFM)

4.4 X射线光电子能谱分析(XPS)

4.5 拉曼光谱分析

4.6 本章小结

第五章 FBAR器件的制备及性能表征

FBAR的制备工艺

5.2 AlN薄膜电学性能及FBAR器件性能测试

5.3 本章小结

主要结论与创新点

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果