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IDT/A1N/Diamond声表面波多层膜的模拟与制备

作　者: 张庚宇
导　师: 杨保和
学　校: 天津理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 声表面波器件 AlN 叉指换能器有限元分析多层膜
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

为了研制高频(2.5GHz)大功率SAW滤波器所需的基底材料---“IDT/AlN/Diamond”多层膜结构,本文建立了“IDT/AlN”结构和“IDT/AlN/Diamond”结构的几何模型,通过有限元分析软件ANSYS的多物理场压电分析模块来分别进行模态分析和谐响应分析,得到如下结论:(1)关于“IDT/AlN”结构,基频谐振频率f_r= 1.248GHz,反谐振频率f_a= 1.266GHz;SAW的相速度为5028m/s;有效机电耦合系数K~2=0.036;(2)关于“IDT/AlN/Diamond”多层膜结构,基频的谐振频率f_r= 2.4936GHz,反谐振频率f_r= 2.5620GHz,IDT换能器有效机电耦合系数:K~2=0.058。SAW在“IDT/AlN/Diamond”多层薄膜中的相速度为9911m/s。然后利用超高真空射频磁控溅射反应系统制备了一系列的AlN薄膜。分别考虑不同条件对“(002)AlN/Si”结构薄膜的晶面择优取向影响。本文制备出高度c轴择优取向的“(002)AlN/Si”结构薄膜(FWHM=0.252°)。还讨论了几点影响规律。(1)(002)AlN峰强度随N2浓度增加、溅射功率升高、衬底温度降低而升高,而FWHM则相应的减小;(2)随着靶基距的减小,分别存在两组峰(100)、(002)组与(110)、(103)组的竞争生长现象;(3)从晶面择优取向和膜基结合力来说低真空氮氩封闭原位冷却效果最好,但是其硬度和弹性模量并非最好。综合来说制备“(002)AlN/Si”结构薄膜效果最优的工艺参数为:氮氩比为1:1、溅射功率为350W、衬底温度为300 oC、靶基距为5cm,冷却条件为低真空氮氩封闭原位冷却。最后成功的制备了高度择优取向的“(002)AlN/Cu”多层膜和择优取向的“(002)AlN/Diamond”多层膜结构。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章综述  9-16
  1.1 绪论  9-13
    1.1.1 课题的意义  9-12
    1.1.2 课题的工作安排  12-13
  1.2 SAW 器件  13-16
    1.2.1 声表面波（SAW）  13
    1.2.2 SAW 器件  13-16
第二章 ANSYS 模拟 SAW 在多层膜结构中的电学性能  16-34
  2.1 压电介质中SAW 传播的有限元分析理论  16-21
    2.1.1 压电各向异性介质中的耦合波方程  16-18
    2.1.2 压电各向异性介质中求解耦合波方程组  18-20
    2.1.3 有限元分析类型  20-21
  2.2 ANSYS 有限元仿真  21-26
    2.2.1 ANSYS 有限元分析软件  21-22
    2.2.2 “IDT/AlN/Diamond”多层膜结构的假设条件  22-23
    2.2.3 “IDT/AlN/Diamond”多层膜结构的有限元分析流程  23-26
  2.3 “IDT/AlN/Diamond”多层膜结构的模态分析与谐响应分析  26-33
    2.3.1 结构的谐振频率与反谐振频率  26-28
    2.3.2 结构的导纳-频率分析  28-32
    2.3.3 不同膜厚的分析  32-33
  2.4 小结  33-34
第三章射频磁控溅射原理和工艺  34-41
  3.1 射频磁控溅射原理  34-36
    3.1.1 射频辉光放电  34-35
    3.1.2 磁控溅射  35-36
    3.1.3 射频磁控溅射的特点  36
  3.2 薄膜制备工艺  36-39
    3.2.1 薄膜的形成过程  36-37
    3.2.2 溅射工艺  37-39
  3.3 AlN 的结构特性与制备方法  39-40
    3.3.1 AlN 的结构特性  39
    3.3.2 AlN 的制备方法  39-40
  3.4 Diamond 的结构与特性  40-41
第四章几种多层膜结构的制备与表征  41-64
  4.1 多层膜结构的表征手段  41-42
  4.2 “（002）AlN/Si”结构的制备与表征  42-60
    4.2.1 氮氩比对“（002）AlN/Si”结构的影响  43-45
    4.2.2 溅射功率对“（002）AlN/Si”结构的影响  45-48
    4.2.3 衬底温度对“（002）AlN/Si”结构的影响  48-49
    4.2.4 靶基距对“（002）AlN/Si”结构的影响  49-50
    4.2.5 冷却条件对“（002）AlN/Si”结构的影响  50-59
    4.2.6 计算“（002）AlN/Si”结构中的声表面波相速度  59-60
  4.3 “（002）AlN/Cu”多层膜制备的研究  60-61
  4.4 “（002）AlN/Diamond”多层膜制备参数的研究  61-63
  4.5 小结  63-64
第五章结论与展望  64-65
参考文献  65-69
发表论文和科研情况说明  69-70
致谢  70-71

IDT/A1N/Diamond声表面波多层膜的模拟与制备

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