Sc摻雜AlN薄膜的制備與性能研究.pdf

1、現(xiàn)代通信系統(tǒng)和設(shè)備微型化、高頻化、高性能、高可靠性的發(fā)展趨勢對薄膜聲表面波(SAW)器件提出了更高頻、更大帶寬、更高耐受功率及可集成化的新要求。而作為SAW器件的關(guān)鍵組成,壓電薄膜材料的選擇制備及性能提升研究是保證新型SAW器件高性能的必要前提。Sc摻雜AlN壓電薄膜具有高SAW波速、高熱導(dǎo)率、好的熱穩(wěn)定性、可與CMOS工藝兼容等優(yōu)異性質(zhì),特別是相比于純AlN薄膜,其在壓電性能方面有大幅提升,這使得ScAlN薄膜成為新型SAW器件的理想

2、壓電材料。
　　本文以 ScAlN壓電薄膜材料為研究對象,制備出了具有高的結(jié)晶質(zhì)量和好的電學(xué)性能的ScAlN薄膜。通過五個(gè)系列的實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)且重點(diǎn)研究了直流反應(yīng)磁控濺射中四個(gè)主要工藝參數(shù)對薄膜的結(jié)晶特性、表面形貌、沉積速率、以及電學(xué)性能的影響,并對各實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行了理論探索,此外,還研究了ScAlN薄膜和純 AlN薄膜在結(jié)晶生長及主要性能方面的異同點(diǎn),主要研究內(nèi)容及重要結(jié)論如下:
　　1.通過只改變一個(gè)工藝參數(shù),固定其

3、他參數(shù)的方法,結(jié)合XRD、AFM、SEM、臺階儀、I-V測試方法,分別研究了氮?dú)灞壤?、濺射功率、襯底溫度、濺射氣壓對ScAlN薄膜擇優(yōu)取向、表面形貌、沉積速率、漏電流和電阻率的影響規(guī)律。分析結(jié)果表明:磁控濺射不同的工藝參數(shù)對薄膜的結(jié)晶質(zhì)量及性能影響顯著,適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)是保證薄膜質(zhì)量和性能的前提。獲得了各工藝參數(shù)對薄膜擇優(yōu)取向生長、表面形貌質(zhì)量、沉積速率和絕緣性能(電阻率和漏電流)的影響規(guī)律。
　　2.結(jié)合各工藝參數(shù)對薄膜結(jié)晶生長的

4、影響規(guī)律,確定了直流反應(yīng)磁控濺射制備ScAlN薄膜的最優(yōu)化工藝參數(shù):氮?dú)灞壤?.3:7,濺射功率130W,襯底溫度650℃,濺射氣壓0.5Pa,在此最優(yōu)化工藝參數(shù)下制備的ScAlN薄膜具有極佳的c軸擇優(yōu)取向,結(jié)晶完整、晶粒大小均勻致密且表面粗糙度僅為4.080nm,絕緣性能良好,可滿足SAW器件使用要求。
　　3.基于ScAlN薄膜的最優(yōu)化工藝參數(shù),制備出了高度c軸取向、表面形貌及性能良好的純AlN薄膜,并結(jié)合XRD、AFM、I-