Er改性AlN薄膜制备及SAW器件基础研究

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AlN压电薄膜具有极其优异的物理特性以及较高的化学稳定性,在当今电子通讯设备向高频和超高频发展的时代背景下,AlN压电薄膜材料以其较高的声速,成为高频以及超高频器件的热门材料,在RF高频滤波器、声表面波传感器、换能器、压电执行器等方面具有较大的应用价值。但是纯AlN薄膜的压电性能较差,不符合大宽带器件的制作要求,因此本文通过Er进行改性掺杂,以改善AlN薄膜的压电性能,进而提高相应器件的机电耦合效应和工作带宽。本论文通过射频磁控溅射手段,以蓝宝石为衬底材料,使用Al-Er合金靶材,制备不同溅射工艺参数下的Er掺杂AlN薄膜。并研究溅射工艺参数对Er掺杂AlN薄膜的结晶质量和表面形貌的影响,同时本论文基于不同Er含量下和不同氮氩流量比下的ErAlN薄膜制备了声表面波谐振器,通过分析SAW谐振器的电声性质来研究Er含量和氮氩流量比对AlN薄膜声速和压电响应的影响。本论文的主要研究工作为:1、使用射频磁控溅射手段,采用控制变量法进行实验设计,利用XRD、SEM、AFM等测试手段,分别研究了溅射功率、溅射温度、氮氩流量比、溅射气压对Er改性AlN薄膜沉积速率、结晶质量和表面形貌的影响,得到了该制备方法下ErAlN薄膜的最佳参数;2、为研究Er含量对AlN薄膜电声性质的影响,本文在不同Er含量(0~10%)下制备了具有高c轴取向AlN薄膜,基于这组薄膜制备SAW谐振器,研究器件中心频率和机电耦合系数随Er含量的变化趋势,结果显示,Er含量的增加导致AlN薄膜晶体软化程度增加,从而声速和中心频率降低,压电响应提高;3、为研究氮氩流量比对AlN薄膜电声性质的影响,本文基于一组不同氮氩流量比下的Er掺杂AlN薄膜制备SAW谐振器,研究器件中心频率和机电耦合系数随氮氩流量比的变化趋势,结果表明,ErAlN薄膜的c轴取向程度越好,对应SAW谐振器的机电耦合系数越大,压电响应越好。
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