[发明专利]一种多层膜结构的声表面波器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及声表面波器件技术领域，特别是一种多层膜结构的声表面波器件及其制备方法。

背景技术

近年来，高频SAW滤波器已经广泛应用在3G数字移动通信高频系统的中间频率（IF）滤波中。可是随着无线电通信频带资源的日益紧张，低于2.5GHz的频带已被占满，只有工作在高频段（2.5－10GHz）的大功率小型化的声表面波（SAW）器件才能满足移动通信系统和光通信系统的带宽要求。所以对于高频（2.5GHz以上）SAW滤波器的研制迫在眉睫。

但是对于如石英、氧化锌、铌酸锂等常规SAW材料，声表面波相速较低，且均低于4000m/s，用其制备中心频率为2.5GHz的以上的声表面波器件，其叉指换能器（IDT）指宽d就必须小于0.4um，如果中心频率提升为5GHz时，声表面波器件所对应的IDT指宽d就必须小于0.2um，这对于目前半导体工业水平无异于是一个极大的挑战，而且随着IDT指宽d的减小，在生产中会遇到断指严重、可靠性差、成品率低、价格昂贵等各种问题，从而严重制约了SAW器件频率的进一步提高。同时IDT指宽的减小，会增加其电阻，随之产生大量的热，若不能将热量散发出去，会降低器件所能承受的功率，因此应用常规声表面波器件材料制成的器件无法满足现代高频、大功率、高机电耦合系数的SAW器件。

目前，国内外热衷于通过多层膜的研究来提高声速V，最终实现提高频率的效果。由于在所有材料中金刚石具有最高的弹性模量（E=1200Gpa）、且材料密度低（ρ=3.519/cm³），最高纵波声速（18000m/s）等特性，即使是CVD金刚石声速也有10000m/s，所以金刚石是这种方法最理想的材料。而金刚石本身并不具备压电特性，无法进行声电转换，故我们采用金刚石与多层膜压电材料相结合的多层膜体系。SAW的性能由多层膜压电薄膜和金刚石衬底共同决定，c-BN有较高的机电耦合系数，但声速较低，与金刚石的声速相差较大，容易引起声速频散，而a-AlN具有很高的声速，是目前已知压电材料中声速较高的，所以采用IDT/c-BN/a-AlN/金刚石复合膜结构，可以有效缓解由于声速相差较大带来的频散效应，又能充分利用c-BN薄膜高机电耦合系数和a-AlN薄膜高声速的优点，最终满足现代高频、大功率、高机电耦合系数的SAW器件。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，提供一种多层膜结构的声表面波器件及其制备方法，该声表面波器件为多层膜结构，可用于制备高频、大功率、高机电耦合系数的SAW器件；其制备方法工艺条件方便易行，制备的产品可靠性强且成本低，有利于大规模的推广应用，具有重大的生产实践意义。

本发明的技术方案：

一种多层膜结构的声表面波器件，由CVD金刚石薄膜、a轴择优取向的氮化铝（a-AlN）薄膜、c轴择优取向的氮化硼（c-BN）薄膜和叉指换能器（IDT）依次叠加组成金刚石-复合膜结构，所述CVD金刚石薄膜的厚度为20-25um，a-AlN薄膜厚度为300-500nm，c-BN薄膜的厚度为300-500nm，IDT为厚度100nm的Al膜，且粗糙度小于5nm。

一种所述多层膜结构的声表面波器件的制备方法，包括以下步骤：

1）CVD金刚石薄膜表面进行等离子体处理，形成以等离子体清洗的CVD金刚石薄膜表面；

2）在真空射频磁控溅射室里，以Al作为靶材，在上述以等离子体清洗的CVD金刚石薄膜表面进行真空射频磁控溅射，沉积一层a-AlN薄膜；

3）在真空射频磁控溅射室里，以六方氮化硼靶作为靶材，在上述a-AlN薄膜表面进行真空射频磁控溅射，沉积一层c-BN薄膜；

4）采用电子束蒸发的方法在c-BN薄膜表面制备叉指换能器IDT。

所述CVD金刚石薄膜表面进行等离子体处理具体方法为：在MOCVD沉积系统中，CVD金刚石薄膜表面在氮气和氩气的混合气体氛围中进行等离子体处理，所述氮氩体积流量比为2：10，灯丝电压为80-100V，加速电压为80-100V，温度为400-500℃，处理时间为15-30min。