反应磁控溅射法制备氮化铝钪薄膜

为了制备出压电性能良好、c轴择优生长的氮化铝钪压电薄膜,本文利用脉冲直流反应磁控溅射法制备了几组氮化铝钪薄膜,通过控制变量,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和压电系数测试仪等测试设备,研究了气体流量、功率、衬底温度、缓冲层结构以及掺钪对薄膜结晶质量及性能的影响,优化了工艺参数。结果表明,相比于钛铂缓冲层,使用氮化铝/钛/铂缓冲层制备薄膜,可以使摇摆曲线半高宽由2.62°降至2.38°。然后,对钪掺杂机理进行了简单分析,本文所制备氮化铝钪薄膜的纵向压电系数d33高达-10.5 pC/N,是纯氮化铝压电系数的1.9倍,XRD图谱及SEM图像表明,在该掺杂浓度下,压电系数的提高主要是通过钪掺杂产生的晶格畸变引起,而非改变了晶体结构。

低应力掺钪氮化铝薄膜制备技术研究

分析了双层膜薄膜失效模型,提出了制备低应力掺钪氮化铝薄膜在薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器工艺中的必要性。利用反应溅射法制备掺钪氮化铝薄膜,并使用应力测试仪表征薄膜的力学性能,研究薄膜厚度、工艺时溅射功率、偏置功率以及工艺气压等参数对薄膜应力的影响,通过优化工艺参数制备了接近零应力的掺钪氮化铝薄膜。

基于掺钪氮化铝FBAR的滤波器设计研究

设计了一款工作在2.11~2.18 GHz频段的薄膜体声波滤波器。基于有限元仿真研究了掺钪氮化铝(AlScN)的薄膜体声波谐振器,并分析了掺钪对谐振器性能的影响。提出了边缘凸起结构的优化设计方案,改善了谐振器的有效机电耦合系数和品质因数。利用Modified Butterworth-van Dyke(MBVD)等效电学模型对FBAR滤波器进行仿真研究,并将所设计的7层内置螺旋电感与滤波器电路进行协同仿真,优化后的FBAR滤波器在2.11~2.18 GHz频段的插入损耗<2 dB,带外抑制>40 dB。

基于新型掺钪氮化铝的级联马赫-曾德尔结构(解)复用器

在新型掺钪(Sc)氮化铝(Al_(1-x)Sc_(x)N)集成光学平台上设计了插入损耗低、传输通道谱线平坦的O波段四通道波分(解)复用器,并提出了优化方法。所设计的器件结构基于级联马赫-曾德尔干涉仪(MZI)滤波器,结合弯曲波导结构的定向耦合器改善波长敏感度。针对粗波分复用(CWDM)应用的特性,文章使用粒子群算法(PSO)提升器件性能优化的效率,通过调整器件结构的设计参数对四路通道的传输谱线质量进行优化。针对0%,9%,23%的掺Sc浓度,设计的解复用器表现出宽达约15.6 nm的1-dB带宽和小于0.1 dB的插入损耗,传输谱线呈“盒状”响应,各通道间串扰均优于-30.6 dB。

钪薄膜

最近研究表明铝、镓和铟基合金有可能可以用来做成新的电子器件和光电子器件,如场发射三极管(FET)

高Sc含量ScAlN薄膜的制备与表征

本文利用优化的种子层结构和工艺参数,以AlSc合金靶为靶源,以脉冲直流反应磁控溅射AlSc合金靶的方式在室温下制备了ScAlN薄膜,同时设计并制作了压电测试专用结构,解决了ScAlN腐蚀工艺不成熟的问题,结合X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、准静态d33分析仪、纳米压痕法等方法表征了薄膜的结晶质量、组成成分和机电耦合系数等性能。由表征结果可知,所制备的Sc0.35Al0.65N薄膜具有高度c轴择优取向,摇摆曲线的半高宽低至2.167°,同时结晶致密,有少量贝壳状凸起。薄膜的压电常数d33为-23.4 pC/N,机电耦合系数k_(33)^(2)和k_(t)^(2)分别为34.6%和25.7%,具有制备FBAR等高性能压电MEMS器件的潜力。

AlN薄膜异质结构声波激发特性研究

该文分别开发了两种基于AlN压电材料和原子数分数为10%的Sc掺杂AlN压电材料的薄膜叠层异质谐振器。通过有限元仿真和实验对比分析了器件的频率温度性能和Sc掺杂对谐振器声激励的影响。结果表明,Sc掺杂可能会影响压电薄膜叠层谐振器所激励声波的谐振频率、机电耦合系数和对应的频率温度系数(TCF),且对所激励声波的正反谐振点的TCF影响不同。此研究在传感及滤波器件领域极具应用潜力。

Parylene封装对MEMS声学传感器性能的影响研究

该文通过有限元仿真获得微机电系统(MEMS)声学传感器在Parylene-C封装前后的灵敏度变化,并以集总参数等效电路模型推导出器件的接收灵敏度与电压激励下薄膜振幅的转换系数K_(rt),从而探究了Parylene-C封装对器件功能的影响。测试结果显示,器件的接收灵敏度和振幅均值在封装后分別降至原有的42%和48%,两者降幅相近,这表明封装前后K_(rt)不变,因此,通过测量谐振振幅可评估器件灵敏度的变化。采用此方法对同一批器件进行快速筛选,可提高效率;同时仿真得到封装后的灵敏度降至55%,与振幅测试结果相近,二者相互印证。