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宽带隙半导体材料碳化硅(SiC)具有高临界击穿场强、高的热导率、高的电子饱和漂移速率、优越的机械特性和物理、化学稳定性等特点，在高温、高频、大功率、抗辐射等领域，尤其是高温或强腐蚀性等恶劣环境中具有巨大的应用潜力。基于硅基集成电路技术发展起来的MEMS技术广泛应用于航空、军事和生物等领域，MEMS的发展和应用领域的不断扩展对结构材料提出了更高的要求。新型材料SiC应用于MEMS领域，其优越特性可以克服传统的硅材料的应用限制，大大拓宽MEMS器件应用领域。SiC材料良好的机械特性(高的杨氏模量，高的声速比)应用于射频MEMS器件可以提高工作频率和工作稳定性等。SiC材料的外延生长技术是实现SiC相关器件性能的关键。射频MEMS元件中两端固支梁的结构具有较小的质量和较高的刚度，可以实现更高的频率。本论文进行了3C-SiC异质外延生长技术的研究，研制出SiC射频两端固支梁滤波器元件，论文工作内容包括：
1.采用AlN缓冲层技术在硅衬底上异质外延生长3C-SiC，AlN和SiC具有较小的晶格失配和热失配，AlN缓冲层可以改善SiC外延的结晶质量和界面质量。(1)在Si衬底上采用LP-MOCVD系统生长AlN，源气体为NH3和TMAl，探索了Ⅴ/Ⅲ比条件对生长的AlN薄膜的结晶质量和表面形貌的影响，分析了AlN(002)择优取向生长机制；研究了AlN膜在1300℃真空条件下退火的稳定性，良好的表面形貌和稳定性表明AlN可以作为Si衬底上SiC异质外延生长的缓冲层。(2)采用AlN缓冲层进行SiC的异质外延生长，在AlN生长结束后对系统抽真空，然后升温在1300℃生长SiC，气体系统为SiH4+C2H4+H2；研究了AlN缓冲层的厚度和生长温度对SiC外延层的结晶质量和表面形貌的影响，与Si衬底上直接外延生长SiC相比，采用AlN缓冲层可以提高SiC外延层的质量；同时进行了SiC/AlN十个周期多层结构交替生长研究，SEM和SIMS结果表明可以实现SiC/AlN多层结构生长的界面控制。
2.在图形化的硅衬底上采用选区外延生长技术外延生长SiC，可以降低外延膜的应力，进行缺陷过滤来提高外延层的质量；在MEMS中可以采用图形衬底简化制作步骤，如省去SiC刻蚀的步骤。研究了无掩模的硅图形衬底上SiC的异质外延生长。硅衬底上采用光刻和干法刻蚀制作出平行沟槽状的图形结构，由不同尺寸的台面和沟槽区域组成。研究了不同生长时间后SiC在不同图形区域的生长，较长时间的合并生长形成了空气隙阵列结构，分析了不同沟槽和台面尺寸及台面形状对SiC的生长行为的影响。合并后形成的空气隙结构可以释放外延膜的应力，减小晶片翘曲，达到厚膜生长；形成的微通道结构尺寸可以灵活调控，有望应用于微流体系统。
3.3C-SiC具有较高的电子迁移率和各向同性的特点，应用于MOS结构相比其它晶型有优越之处；此外，SiO2在SiC的一些器件中可以作为隔离层，而SiC是唯一可以通过热氧化形成原位氧化物(SiO2)的化合物半导体，因此，对于Si衬底上外延的3C-SiC进行了热氧化研究，根据XPS深度谱结果分析了热氧化过程和机理，C元素的扩散及与O原子的反应是影响SiC/SiO2界面质量的主要因素。
4.SiC在RF MEMS元件中谐振器和滤波器的制作中作为结构层材料，根据工艺过程的需要，选取了SiO2模板上外延生长3C-SiC。采用LPCVD系统进行了SiO2上3C-SiC的外延生长，源气体为SiH4和C2H4，生长时通入NH3实现了SiC原位N型掺杂。研究了源气体流量、生长温度和掺杂气体流量条件下SiC外延层的表面形貌和电学电阻率。
5.采用SiO2模板上生长的3C-SiC作为结构层材料，进行了SiC射频MEMS元件-两端固支梁滤波器的研制，滤波器采用耦合梁连接两个两端固支梁谐振器的结构。根据固支梁滤波器的工作原理和设计基础，采用Matlab计算了谐振频率与谐振梁尺寸的关系，用有限元分析方法ANSYS软件模拟了设计的滤波器的性能，包括动态响应和静态谐响应。设计版图和工艺流程，研制出SiC两端固支梁滤波器芯片，探索了芯片的真空封装方式；根据微弱信号的提取要求，制作了芯片放置的电路板结构及探索了与网络分析仪的连接方式，对器件性能测试中存在的主要问题进行分析并提出了解决方案。