【摘 要】
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5G信息时代下,随着通信技术的快速发展,高频声表面波(SAW)器件的需求急剧增加。如何在提升SAW器件频率特性基础上降低插入损耗是目前的研究热点和难点。针对SAW器件低损耗和高频的矛盾问题,本文主要从压电复合结构和SAW器件结构两方面进行优化探索,对5G信息时代迫切需求的高频SAW器件的低损耗特性具有一定的科学意义和应用价值。本文在硅基衬底上系统地研究了退火温度对ZnO薄膜性能的影响、溅射功率和Z
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5G信息时代下,随着通信技术的快速发展,高频声表面波(SAW)器件的需求急剧增加。如何在提升SAW器件频率特性基础上降低插入损耗是目前的研究热点和难点。针对SAW器件低损耗和高频的矛盾问题,本文主要从压电复合结构和SAW器件结构两方面进行优化探索,对5G信息时代迫切需求的高频SAW器件的低损耗特性具有一定的科学意义和应用价值。本文在硅基衬底上系统地研究了退火温度对ZnO薄膜性能的影响、溅射功率和ZnO缓冲层厚度对AlN薄膜性能的影响;通过XRD、AFM和PFM等表征手段进行测试分析,结果得到最佳工艺条件:ZnO薄膜退火温度650℃;AlN溅射功率220 W;ZnO缓冲层厚度60 nm时,AlN薄膜具有最佳(002)取向、最小FWHM值和最大压电总振幅(144 pm),制备得到最优AlN/ZnO复合结构。然后,在硅基衬底上基于最优压电复合结构制备不同叉指换能器结构(100 nm叉指线宽下有、无中间栅,300 nm叉指线宽下单、双叉指结构)的SAW谐振器,频率响应测试结果表明中间栅的加入在保持原有器件频率的基础上略微降低插入损耗;双叉指结构显著降低插入损耗;叉指线宽的减小使频率显著增大。最后,基于金刚石衬底沉积了有、无ZnO缓冲层的AlN薄膜,构建了SAW谐振器并对其性能进行研究;结果表明ZnO缓冲层的加入使得金刚石衬底上AlN薄膜的结晶质量和压电性能有所提升,在中心频率均为7.49 GHz下,加入ZnO缓冲层后SAW谐振器的品质因数由412.53升高到761.26。本文取得的创新工作如下:(1)在硅基衬底上获得用于制备高性能AlN薄膜的最优ZnO缓冲层厚度;(2)对比有、无中间栅和单、双叉指结构的SAW谐振器,在硅基衬底上基于最优复合结构压电薄膜及双叉指结构有效降低了器件的插入损耗;(3)在金刚石衬底上引入ZnO缓冲层,有效改善了AlN薄膜的压电性能和SAW谐振器的品质因数。本文提出使用ZnO缓冲层来改善AlN薄膜性能的方法,在一定程度上改进了SAW谐振器的性能,为制备高频SAW谐振器提供了一定的理论和实验基础。
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