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现代通信系统和设备微型化、高频化、高性能、高可靠性的发展趋势对薄膜声表面波(SAW)器件提出了更高频、更大带宽、更高耐受功率及可集成化的新要求。而作为SAW器件的关键组成,压电薄膜材料的选择制备及性能提升研究是保证新型SAW器件高性能的必要前提。Sc掺杂AlN压电薄膜具有高SAW波速、高热导率、好的热稳定性、可与CMOS工艺兼容等优异性质,特别是相比于纯AlN薄膜,其在压电性能方面有大幅提升,这使得ScAlN薄膜成为新型SAW器件的理想压电材料。 本文以 ScAlN压电薄膜材料为研究对象,制备出了具有高的结晶质量和好的电学性能的ScAlN薄膜。通过五个系列的实验,系统且重点研究了直流反应磁控溅射中四个主要工艺参数对薄膜的结晶特性、表面形貌、沉积速率、以及电学性能的影响,并对各实验现象的内在机理进行了理论探索,此外,还研究了ScAlN薄膜和纯 AlN薄膜在结晶生长及主要性能方面的异同点,主要研究内容及重要结论如下: 1.通过只改变一个工艺参数,固定其他参数的方法,结合XRD、AFM、SEM、台阶仪、I-V测试方法,分别研究了氮氩比例、溅射功率、衬底温度、溅射气压对ScAlN薄膜择优取向、表面形貌、沉积速率、漏电流和电阻率的影响规律。分析结果表明:磁控溅射不同的工艺参数对薄膜的结晶质量及性能影响显著,适当的工艺参数是保证薄膜质量和性能的前提。获得了各工艺参数对薄膜择优取向生长、表面形貌质量、沉积速率和绝缘性能(电阻率和漏电流)的影响规律。 2.结合各工艺参数对薄膜结晶生长的影响规律,确定了直流反应磁控溅射制备ScAlN薄膜的最优化工艺参数:氮氩比例3.3:7,溅射功率130W,衬底温度650℃,溅射气压0.5Pa,在此最优化工艺参数下制备的ScAlN薄膜具有极佳的c轴择优取向,结晶完整、晶粒大小均匀致密且表面粗糙度仅为4.080nm,绝缘性能良好,可满足SAW器件使用要求。 3.基于ScAlN薄膜的最优化工艺参数,制备出了高度c轴取向、表面形貌及性能良好的纯AlN薄膜,并结合XRD、AFM、I-V测试、C-V测试、自动划痕仪等测试方法,对比ScAlN薄膜和纯AlN薄膜在结晶取向、表面质量、绝缘性能、介电性能等方面的差异,研究结果表明:相较于纯AlN薄膜,ScAlN薄膜的晶粒变大,表面质量有所提升,绝缘性能得到改进(电阻率升高、漏电流降低),介电常数也有所提高,这些研究结果对于ScAlN薄膜在新型SAW器件中的应用意义重大。