[发明专利]IDT/h－BN/c－BN/金刚石多层膜结构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，特别是一种可用于高频、高机电耦合系数、大功率声表面波(SAW)器件等领域的IDT/h-BN/c-BN/金刚石多层膜结构声表面波器件及其制备方法。

【背景技术】

近年来，移动通信迅猛发展，使无线电通信频带成为一个有限而宝贵的自然资源，移动通信系统，在第三代数字系统中，全球漫游频率范围为1.8-2.2GHz，卫星定位系统(GPS)1.575GHz；低地球轨道新卫星通信(LEO)应用频率从1.6GHz到2.5GHz，急需高频声表面波(SAW)滤波器。高频SAW滤波器还应用在高频系统的中间频率(IF)滤波中(例如，高比特率无线LANs)。另外，高速数字光纤传输技术发展迅速，光通信的容量平均每2.4年就增长一倍。急需2.5GHz以上高频SAW重新定时滤波器(retiming filter)。除了高频外，移动通信装置也都要求高机电耦合系数、尽量小型化以及大的功率承受能力。

现有常规SAW材料(例如，石英、LiNbO₃、LiTaO₃等)，声速较低(均低于4000m/s)，用其制作2.5GHz的SAW器件，其IDT指宽d必须小于0.4μm，5GHz对应的指宽d小于0.2μm，逼近目前半导体工业水平的极限，造成断指严重，成品率太低，严重制约了SAW器件频率的进一步提高；而且，发射端(TX)滤波器是对大功率信号滤波，如此细的指宽d，电阻较大，会产生大量的耗散热，加之以上常规SAW材料热导率很低，所以承受大功率是不可能的。而选择高弹性摸量、低密度、高热导率的材料就成了最佳选择。

金刚石具有很多独一无二的优异特性，金刚石具有所有物质中最高的弹性摸量，较低的材料密度(ρ＝3.51g/cm3)，从而声速在所有物质中最高，“压电薄膜/金刚石”多层膜结构SAW器件可在很高频率范围工作(1～10GHz)。2.5GHz对应的指宽d可以大于1μm，5GHz对应的指宽d可以大于0.5μm，10GHz对应的指宽d可以大于0.25μm，指宽d是相同频率常规材料的2.5倍，电阻只有常规材料的2/5，产生的耗散热也只有常规材料的2/5；加上金刚石具有所有物质中最高的热导率，它的热扩散率是铜的5倍，是LiTaO₃的400倍，所以，金刚石层膜结构SAW器件具有大功率通信的能力，是具有发展潜力的性能优异的高频、大功率SAW器件。

然而，金刚石的本身并不是压电材料，无法进行电磁波与声表面波的能量转换，因此需要在其上面沉积一层压电薄膜(如ZnO、LiNbO₃、AlN等)，制成多层膜SAW器件。SAW的性能则由压电薄膜和金刚石衬底共同决定。

现有技术中，中国专利申请2005100139015公开了一种适用SAW器件的纳米金刚石薄膜及其相应的制备方法，该纳米金刚石薄膜采用气相化学沉积(chemicalvapor deposition，简称CVD方法，用Ar/O₂/CH₄/H₂混合气体，利用微波等离子气相化学沉积(MPCVD)系统制备，得到的纳米金刚石膜具有高弹性模量和C-轴择优取向，可用来制备以C-轴取向纳米金刚石膜为衬底的、高频、大功率声表面波(SAW)器件等。

【发明内容】

本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，而提供一种IDT/h-BN/c-BN/金刚石多层膜结构声表面波器件及其制备方法，该方案用纳米c-BN作为CVD金刚石膜和h-BN薄膜之间的中间层；通过使用微波等离子CVD法，在CVD金刚石膜表面依次制备纳米c-BN薄膜和高C-轴择优取向的纳米h-BN薄膜。

为实现上述发明目的，本发明公开了一种IDT/h-BN/c-BN/金刚石多层膜结构声表面波器件，其特征在于所说的多层膜结构声表面波器件：在镜面硅上制备的纳米金刚石膜底层，在纳米金刚石膜底层上制备的纳米c-BN膜中间层，纳米c-BN膜中间层上制备的高C-轴择优取向的纳米h-BN膜，以及在纳米h-BN膜表面制备叉指换能器IDT，组成IDT/h-BN/c-BN/金刚石多层膜结构声表面波器件。

本发明还公开了这种IDT/h-BN/c-BN/金刚石多层膜结构声表面波器件的制备方法，其特征在于所说的方法是：在镜面硅上用CVD法制备纳米金刚石膜底层，在纳米CVD金刚石膜表面用微波等离子CVD法制备纳米c-BN薄膜；而后，在纳米c-BN薄膜表面用微波等离子CVD法制备高C-轴择优取向的h-BN薄膜，最后再在h-BN表面制备叉指换能器IDT。