固态装配型FBAR器件制备及其可调谐BST薄膜掺杂改性研究

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伴随着无线通讯系统的快速发展,人们对无线终端的滤波器件提出微型化、集成化、高频化等新的要求。薄膜体声波谐振器(简称FBAR)作为符合要求的一种全新器件,受到人们广泛关注。由于固态装配型FBAR对其结构和材料性能的精确性要求很高,故其制备工艺的研究十分有必要。钛酸锶钡(BST)铁电薄膜具有损耗小、尺寸小、可调谐等特性,用它替代传统的压电薄膜可实现FBAR器件的频率可调。本文首先研究了固态装配型FBAR器件的全套制备工艺,然后重点研究了其中的关键材料——可调谐BST薄膜制备及掺杂改性,主要内容及结果如下:采用磁控溅射法制备SiO2、W和ZnO等薄膜,改变溅射条件(溅射压强、溅射功率、氩氧比等)研究各种薄膜的成膜效果,优化了它们的制备工艺。研究不同退火温度对Bragg反射栅的微观结构的影响,结果表明制备出的W/SiO2 Bragg反射栅的最高耐退火温度为650℃。最后成功制备出由W/SiO2构成的Bragg反射栅、ZnO作为压电层、谐振频率为4 GHz的固态装配型FBAR器件。并针对整体器件的后期退火处理做了相关的研究,使得FBAR器件的Q值提升了两倍。BST薄膜因具有较低的介电损耗和较高的调谐率,在可调谐FBAR器件中得到越来越多的应用。掺杂是提高其性能的重要手段。Rb+半径与Ba2+和Sr2+半径比较接近,具有作为受主掺杂来改进BST薄膜介电性能的潜力,且目前还没有相关的研究报道。所以本论文首次采用溶胶-凝胶法制备不同Rb掺杂量的Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜,研究Rb掺杂对Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜微观结构及介电性能的影响。结果表示,与纯的Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜相比,当Rb的掺杂量为4 mol%时,Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜得到最小的均方根粗糙度2.409nm,且该薄膜在频率为2MHz时,可得到最高的介电常数486,电场强度为377KV/cm时的最大的调谐率63.37%和最高的FOM值31.53。证明了适量的Rb掺杂能够改进Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜的综合性能。
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