TaN微波功率薄膜电阻器的制备及性能研究

论文摘要

TaN薄膜具有宽电阻率、低电阻温度系数以及自钝化特性而被广泛应用于微波功率电阻器中。本文采用反应磁控溅射法制备TaN薄膜,研究了溅射时间,溅射气压,溅射氮分压,热处理温度等对TaN薄膜成分、相结构、方阻及TCR的影响。在此基础上,采用HFSS软件设计、仿真了TaN薄膜微波功率电阻器的性能及结构参数。最后,采用反应磁控溅射法制备了TaN微波功率电阻器。实验结果表明,随溅射时间升高,TaN薄膜方阻逐渐降低,TCR逐渐降低。薄膜中氮含量随着溅射气压的升高而升高,薄膜的方阻逐渐增大,溅射气压在0.2Pa时,薄膜中形成Ta2N相,薄膜TCR最小。随着氮分压的提高,薄膜逐渐形成富氮化物,薄膜方阻逐渐提高,电阻温度系数逐渐加大,薄膜溅射速率降低,氮分压为2%时,薄膜主要含有Ta2N相,薄膜TCR最小。热处理温度升高,薄膜晶粒长大,方阻及TCR提高。TaN薄膜的优化制备工艺条件为:溅射温度:600℃;溅射时间:15min;溅射气压:0.2Pa;溅射功率:60W;N2分压:3%;热处理温度:300℃。TaN薄膜的性能达到:方阻为20Ω∕□,TCR为7ppm,晶粒尺寸为200nm。采用HFSS仿真设计了额定功率为100W、使用频率为DC～3GHz以及额定功率为300W、使用频率为DC～1.5GHz的薄膜电阻器的结构参数。制备出的薄膜电阻器样品的功率负荷和频率特性测试结果相符。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 TaN 薄膜制备及性能研究进展
• 1.2.2 TaN 功率薄膜电阻器研究进展
• 1.3 TaN 功率薄膜电阻器的应用
• 1.4 选题依据与研究内容
• 1.4.1 选题依据
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 TaN 薄膜制备工艺与性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法
• 2.3 溅射时间对TaN 薄膜的影响
• 2.4 溅射气压对TaN 薄膜的影响
• 2.4.1 溅射气压对TaN 薄膜成分的影响
• 2.4.2 溅射气压对TaN 薄膜相结构的影响
• 2.4.3 溅射气压对TaN 薄膜方阻的影响
• 2.4.4 溅射气压对TaN 薄膜TCR 的影响
• 2.5 溅射氮分压对TaN 薄膜的影响
• 2.5.1 氮分压对TaN 薄膜成分的影响
• 2.5.2 氮分压对TaN 薄膜相结构的影响
• 2.5.3 氮分压对TaN 薄膜厚度的影响
• 2.5.4 氮分压对TaN 薄膜方阻的影响
• 2.5.5 氮分压对TaN 薄膜TCR 的影响
• 2.6 热处理温度对TaN 薄膜性能的影响
• 2.6.1 热处理温度对TaN 薄膜表面形貌的影响
• 2.6.2 热处理对TaN 薄膜方阻的影响
• 2.6.3 热处理对TaN 薄膜TCR 的影响
• 2.7 小结
• 第三章 TaN 微波功率电阻器的设计与性能仿真
• 3.1 引言
• 3.2 微波功率电阻器的设计
• 3.2.1 微波功率电阻器功率设计
• 3.2.2 电阻器的微波频率设计
• 3.2.3 微波功率薄膜电阻器的设计结果
• 3.3 TaN 微波功率薄膜电阻器性能仿真
• 3.4 仿真结果与讨论
• 3.4.1 TaN1 微波功率薄膜电阻器的仿真结果
• 3.4.2 TaN2 微波功率薄膜电阻器的仿真结果
• 3.5 小结
• 第四章TaN 微波功率薄膜电阻器的制备
• 4.1 TaN 微波功率薄膜电阻器的制备
• 4.2 薄膜电阻器性能测试
• 4.2.1 TaN 微波薄膜电阻器的功率测试
• 4.2.2 TaN 微波薄膜电阻器的频率测试
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果