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体声波滤波器由于其低插损、小尺寸、高带外抑制等特性,随着3G移动通信以及蓝牙技术的发展而得到广泛研究,特别是近年随着MEMS技术和压电薄膜制备技术的快速发展,极大的推动了体声波器件的研究和应用。应用于3G移动通信系统以及蓝牙技术的高性能体声波器件的研究已越来越受到各国研究人员和信息产业界的关注。
论文研究了一种以单晶MgO(111)作为器件衬底的新型多层膜结构的体声波谐振器,器件的压电层采用目前研究的热点材料A1N薄膜,创新的引入NbN材料作为谐振器的电极。这样的NbN/A1N/NbN三层结构的谐振器,各层薄膜之间的晶格较为匹配,因而可以获得从几十纳米到几百纳米厚度不等的c轴取向优异的AlN薄膜。通过控制AlN薄膜和NbN薄膜的不同厚度,可以获得不同频段范围的谐振器。
NbN作为谐振器的电极材料目前还未见有报道,因而材料的电声学参数是首先需要获知的量,我们依据NbN材料的刚性系数计算了相关方向的声学参数,并以此作为谐振器设计的材料参数依据。
用两种方法对NbN/A1N/NbN三层结构的谐振器进行了器件参数设计和数值模拟。首先通过压电振子的理论得到了等效电路的模型,并提出了在该模型中的参数提取方式。同时使用三层结构谐振器的一维模型,通过各层薄膜的波动方程,对谐振器的阻抗曲线进行了数值计算。
由于压电薄膜的质量以及薄膜界面上的结构特性,直接影响到谐振器的电学性能。我们分别使用直流磁控溅射和射频磁控溅射的方法制备NbN和A1N薄膜,研究了MgO衬底下电极层NbN薄膜和压电层A1N薄膜的微观结构,获得了外延的NbN/A1N/NbN三层薄膜,探索了NbN/A1N/NbN结构的体声波谐振器的制备工艺。