高性能声表面滤波器LiNbO3/金刚石的制备及分析

论文摘要

随着第三代通讯技术的发展,声表面波（SAW）器件的使用频率不断提高,从最初的几MHz发展到现在的几GHz。高频应用系统的不断发展显著增大了高频声表面波器件的市场需求。金刚石具有所有材料中最高的声速和许多优于其它材料的特性,在高声速金刚石上沉积压电薄膜将激励出高速的声表面波,从而制作出工作在GHz级以上高频波段的薄膜SAW器件。铌酸锂是一种重要的压电材料,根据理论计算,其与金刚石构成的多层膜结构具有高声速高机电耦合系数的特点。但是由于适用于SAW器件的压电薄膜必须具有较高的c轴取向,而高c轴取向的铌酸锂薄膜不易获得,这就严重制约了这种多层膜结构的发展与应用。本文就是围绕如何在金刚石衬底上沉积高c轴取向的铌酸锂薄膜而展开的。本论文主要完成了一下一些内容:首先,应用模态耦合模型（coupling of modes）,用Matlab模拟出IDT/LN/金刚石多层结构SAWF和YZ-LiNbO3的SAWF的频率响应特性,说明多层膜结构SAWF的插入损耗要低,而且具有较宽的中心频带,对旁瓣抑制也得到极大的改善。因此,采用多层膜结构的SAWF可以使滤波器获得相对较宽的频带特性,而且对于复杂反射栅阵列来说,由于采用多层膜结构的SAWF能够获得较好的旁瓣抑制比,从而能够补偿因反射栅引起的相位误差,提高反射栅极的反射系数,更能便于滤波器的设计。其次,采用RF磁控溅射法在金刚石衬底上制备铌酸锂薄膜,系统的研究了衬底温度、溅射压力、氩氧流量比以及溅射功率等因素对薄膜物性和取向的影响的影响,通过试验优化了LN薄膜的沉积工艺,制备出高C轴取向的LN压电薄膜。本文主要研究了氩氧流量比和气压对薄膜成分和取向的影响。最后,本文在课题组提出高品质“压电晶体/高声速材料”多层膜体系“AIN/ c-BN/diamond”多层膜结构基础上,在Si衬底上射频磁控溅射cBN薄膜作了初步研究,为下一步在金刚石上进行cBN的RF磁控溅射研究进行工艺摸索。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 声表面波滤波器
• 1.2.1 声表面波滤波器的结构
• 1.2.2 SAWF的发展趋势
• 3/IDT/金刚石/SI多层结构高频声表面波滤波器'>1.3 LINBO₃/IDT/金刚石/SI多层结构高频声表面波滤波器
• 3/IDT/金刚石/Si多层结构高频声表面波滤波器结构原理'>1.3.1 LiNbO₃/IDT/金刚石/Si多层结构高频声表面波滤波器结构原理
• 1.3.2 铌酸锂（LN）薄膜的特性
• 1.3.3 铌酸锂（LN）薄膜的制备方法
• 1.3.4 金刚石多层膜SAWF的模拟
• 1.4 本文的立项依据和主要工作
• 第二章 多层结构高频声表面波滤波器的模拟仿真
• 2.1 引言
• 2.2 模态耦合模型的设计原理及模型推导
• 2.2.1 耦合模型理论
• 2.2.2 耦合（COM）矩阵模型
• 2.2.3 多层膜SAWF仿真结果及分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于SAWF铌酸锂薄膜的制备技术研究
• 3.1 声表面波材料的选折
• 3.2 铌酸锂的结构和特性
• 3.3 铌酸锂压电薄膜的射频磁控溅射制备
• 3.3.1 射频磁控溅射装置
• 3.3.2 射频磁控溅射原理
• 3.3.3 磁控溅射
• 第四章 金刚石上射频磁控溅射铌酸锂的研究
• 4.1 射频磁控溅射制备工艺
• 4.1.1 靶材对铌酸锂薄膜质量的影响
• 4.2 金刚石沉底的优良声表面波性能
• 4.3 试验工艺对薄膜取向的影响
• 4.3.1 氩氧流量比对铌酸锂薄膜取向的影响
• 4.3.2 气压对铌酸锂薄膜取向的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 SI衬底上射频磁控溅射CBN的初步研究
• 5.1 引言
• 5.2 立方氮化硼的性质
• 5.2.1 氮化硼的四种异构体
• 5.3 立方氮化硼薄膜的制备方法
• 5.3.1 物理气相沉积(（PVD）
• 5.3.2 化学气相沉积（CVD）
• 5.4 薄膜制备和性能分析
• 5.4.1 薄膜的制备
• 5.4.2 实验结果分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文及参与科研
• 致谢