“C-BN/金刚石”多层膜的制备及压电特性研究

论文摘要

随着卫星通信，网络通信以及无线通信等向高频化（4.8GHz以上）的发展，高频声表面波器件必须具有高声速、高机电耦合系数、低声速频散等特性。“金刚石/压电薄膜”多层膜结构基片成为高频声表面波器件研究的热点，但是常规的压电薄膜（ZnO、LiNbO3）的多层膜基片具有低声速频散缺陷。c-BN拥有与金刚石接近的声波传播速度（8000-10000），用它与金刚石构成多层膜结构，可以有效的减少声速频散，提高器件单元性能，基于此本课题展开了“c-BN/金刚石”多层膜结构声表面波器件基片的制备及分析。本课题采用的是射频磁控溅射法首先在n型Si（100）硅衬底上系统的研究了改变射频功率、衬底负偏压、衬底温度、氮氩比及工作压强等工艺参数对氮化硼薄膜制备的影响，并通过傅立叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射分析仪（XRD）及原子力显微镜（AFM）分析研究薄膜的结构特性。实验结果表明：射频功率为300w，衬底负偏压为-200V，衬底温度为500℃，氮氩比为4:20时，工作压强为0.8pa时沉积了高含量的c-BN薄膜。而后，基于上述的制备工艺，通过改变氮氩比在Ti/Al/Si衬底上沉积BN薄膜，对BN薄膜的压电特性及氮氩比对BN压电特性的影响进行了研究。最后，在上述优化的工艺的基础上在金刚石衬底上沉积c-BN薄膜，分析结果表明：c-BN薄膜的颗粒比较均匀、表面比较平整、紧凑的黏附在金刚石薄膜的表面，形成适用于高频SAW器件的“c-BN/Diamond”的多层薄膜结构基片。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 金刚石声表面波器件
• 1.2.1 金刚石声表面波器件的结构
• 1.2.2 金刚石声表面波器件的研究进展
• 1.3 C-BN 薄膜/金刚石多层膜结构 SAW 器件
• 1.4 本课题的立论依据及主要工作
• 第二章 氮化硼薄膜的制备及其表征手段
• 2.1 氮化硼的晶体结构及性质
• 2.1.1 立方氮化硼
• 2.1.2 六方氮化硼
• 2.1.3 其他结构的氮化硼
• 2.2 氮化硼薄膜的制备工艺及表征手段
• 2.2.1 射频磁控溅射系统
• 2.2.2 衬底的清洗
• 2.2.3 样品制备原理及实验过程
• 2.3 氮化硼薄膜的表征手段
• 2.3.1 傅里叶红外吸收光谱仪（FTIR）
• 2.3.2 X 射线衍射分析仪（XRD）
• 2.3.3 原子力显微镜（AFM）
• 第三章 硅衬底上沉积氮化硼薄膜结构特性的研究
• 3.1 射频功率对 BN 薄膜制备的影响
• 3.2 衬底负偏压对 BN 薄膜制备的影响
• 3.3 衬底温度对 BN 薄膜制备的影响
• 3.4 氮气与氩气流量比对 BN 薄膜制备的影响
• 3.5 工作气压对 BN 薄膜制备的影响
• 3.6 本章总结
• 第四章 氮化硼薄膜压电性能的研究
• 4.1 压电性能的研究
• 4.2 底电极的制备及表征
• 4.2.1 底电极的选择
• 4.2.2 底电极的制备及表征
• 4.3 底电极上 BN 压电薄膜的制备及表征
• 4.3.1 不同氮氩比下 BN 薄膜的制备
• 4.3.2 不同氮氩比下制备出的 BN 薄膜的表征
• 4.5 氮氩比对 BN 薄膜压电响应的影响研究
• 4.6 BN 薄膜压电响应的研究
• 4.7 本章小结
• 第五章 金刚石衬底上 C-BN 薄膜的制备
• 5.1 金刚石衬底上 C-BN 薄膜的制备及表征
• 5.2 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢