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基于POS声表面波器件制造技术研究

作　者: 程进
导　师: 刘卫国
学　校: 西安工业大学
专　业: 光学工程
关键词: SAW器件 LiNbO3晶片 键合 减溥
分类号: TN305
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 32次
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内容摘要


铌酸锂(LiNbO3)作为一种压电材料,常被用于声表面波(SAW)器件的压电层。通常LiNbO3晶片的厚度远大于SAW器件要求的厚度,难以满足SAW器件高集成化的需求,本文提出了基于POS (Piezoelectrics on Silicon)基底的声表面波器件,实现了SAW器件的高度集成化。本论文使用键合、减薄及抛光技术对LiNbO3晶片进行加工处理,成功制备了POS基片,并制作了基于POS基底的SAW器件。主要内容包括：LiNbO3晶片与单晶硅的键合技术研究、LiNbO3晶片的减薄与抛光工艺研究、基于POS基底的声表面波器件制作及测试,具体结果如下：(1)分别研究了聚酰亚胺(PI)键合技术、苯并环丁烯(BCB)键合技术、阳极键合技术用于LiNbO3晶片与硅的键合,通过对键合质量的测试结果对比,BCB键合效果最为理想,其键合平均剪切强度为43.85N,合格率达95%。BCB键合技术实验工艺参数如下：升温斜率1K/s；键合温度及键合时间为100℃恒温120s,150℃恒温120s,200℃恒温120s,自然冷却；键合加载压力20N。(2)对LiNbO3晶片的减薄、抛光技术进行了研究。采用研磨的方法对LiNbO3晶片进行了减薄,然后对减薄后的LiNbO3晶片样品进行化学机械抛光,并研究了抛光垫、抛光盘转速、压力及抛光时间对抛光过程的影响。抛光结果表明最佳抛光工艺参数是：采用阻尼布抛光盘,粒径为100nm的SiO2抛光液,转速为120r/min,压力为3.9N,抛光时间为40min。经测试样品的厚度为80μm,样品的最佳粗糙度为Ra=0.468nm,Rq=0.593nm。(3)根据声表面波器件的性质、原理,研究了声表面波器件设计及制作工艺。本文分别设计了中心频率为100MHz和中心频率为200MHz的SAW延迟线结构器件,并完成SAW器件主要性能参数测试。通过测试得出,基于POS基底的SAW器件的工作频率提高3%～10%。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 声表面波器件的研究进展  10-11
  1.3 声表面波器件的应用  11-14
  1.4 课题研究的目的及研究内容  14-16
    1.4.1 研究内容  14-15
    1.4.2 技术路线及实验工艺流程  15-16
  1.5 本文章节安排  16-17
2 声表面波器件的工作原理和设计方法  17-26
  2.1 声表面波基本概念  17-18
  2.2 声表面波器件工作原理  18-23
    2.2.1 叉指换能器的工作原理  19-22
    2.2.2 叉指换能器等效电路  22-23
  2.3 声表面波器件加工工艺  23-25
  2.4 声表面波器件的特性  25
  2.5 本章小结  25-26
3 铌酸锂晶片与单晶硅的键合技术  26-45
  3.1 实验材料介绍  26-27
    3.1.1 铌酸锂晶片的结构与功能  26
    3.1.2 硅片的结构与功能  26-27
  3.2 键合技术  27-30
    3.2.1 键合技术的分类及原理  27-29
    3.2.2 键合界面特性  29-30
  3.3 铌酸锂晶片与单晶硅的BCB键合技术  30-36
    3.3.1. BCB材料的特性  30-31
    3.3.2 工艺实验  31-34
    3.3.3 测试及其结果  34-36
  3.4 铌酸锂晶片与单晶硅的PI键合技术  36-39
    3.4.1 PI材料特性  36
    3.4.2 工艺实验  36-37
    3.4.3 测试及其结果  37-39
  3.5 铌酸锂晶片与单晶硅的阳极键合技术  39-43
  3.6 本章小结  43-45
4 铌酸锂晶片的减薄与抛光技术研究  45-58
  4.1 铌酸锂晶片减薄技术  45-47
  4.2 铌酸锂晶片抛光技术  47-49
  4.3 实验方案  49-54
    4.3.1 铌酸锂晶片的切割  50-51
    4.3.2 铌酸锂晶片的减薄  51-52
    4.3.3 铌酸锂晶片的抛光  52-54
  4.4 实验结果与分析  54-57
    4.4.1 工艺参数对LN表面质量的影响  54-55
    4.4.2 LN厚度测试  55-56
    4.4.3 LN表面质量测试  56-57
  4.5 本章小结  57-58
5 基于POS基片的声表面波器件制作及测试  58-64
  5.1 声表面波器件的叉指换能器的设计  58-59
    5.1.1 叉指换能器(IDT)的结构参数  58-59
    5.1.2 声表面波延迟器的整体结构及参数  59
  5.2 基于POS基片的声表面波器件制作  59-61
  5.3 器件性能的测试与对比  61-63
    5.3.1 网络分析仪校正  61-62
    5.3.2 测试结果及分析  62-63
  5.4 本章小结  63-64
6 总结与展望  64-67
参考文献  67-70
攻读硕士学位期间发表的论文  70-71
致谢  71-73

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 半导体器件制造工艺及设备
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