[发明专利]一种用于声表面波器件的氮化铝压电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及声表面波器件技术领域，特别是涉及一种用于声表面波器件的氮化铝压电薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来，移动通信的飞速发展，使得无线电通信频带成为一个有限而宝贵的自然资源。对于移动通信系统，低于1GHz的频带已被占满（第一代数字系统）；第二代数字系统的频率从 900 MHz 到1.9 GHz；在第三代数字系统中，全球漫游游游频率范围为 l.8～2.2 GHz，卫星定位系统（GPS）频率为1.575 GHz，低地球轨道新卫星通信（LEO）的应用频率范围为1.6GHz～2.5GHz，因此，目前的移动通信系统的应用频率越来越高，急需高频的声表面波（SAW）滤波器，而且，移动通动通信装置都要求声表面波SAW滤波器尽量小型化以及具有较大的功率承受能力。

常规SAW材料，如石英、铌酸锂LiNbO₃、氧化锌ZnO等，，声表面波相速较低，一般低于4000m/s，用其制作频率为2.5GHz的SAW器件，其叉指换能器（IDT）指宽d必须小于0.4μm，频率为5GHz的SAW器件所对应的IDT指宽d小于0.2μm，已经逼近目前半导体工业水平的极限，因此在生产中会遇到例如断指严重、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；而且，移动通信系统的发射端（TX）滤波器是对大功率信号滤波，如此细的IDT指宽d，电阻较大，会产生大量的耗散热，再加上这些常规SAW材料的热导率低，所以无法承受大功率，这使得由上述常规SAW材料制成的SAW器件很难满足高频率和/或大功率移动通信的要求。

因此，目前迫切需要开发出一种压电薄膜，用于制备频率高，且可以承受大功率的SAW器件，可以满足高频率和/或大功率移动通信的要求。

发明内容

本发明的目的是：为克服现有技术的不足，提供一种用于声表面波器件的氮化铝（AlN）压电薄膜，用其制备的SAW器件频率高，且可以承受大功率，可以满足高频率和/或大功率移动通信的要求；此外，本发明还提供了一种用于声表面波器件的AlN压电薄膜的制备方法，该制备方法工艺条件方便易行，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：

一种用于声表面波器件的氮化铝压电薄膜，由金刚石衬底和该衬底表面形成的一层氮化铝薄膜构成，所述氮化铝薄膜是厚度为0.6-0.7μm的纳米薄膜。

一种所述用于声表面波器件的氮化铝压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1）在MOCVD沉积系统的进样室，对金刚石衬底表面进行等离子体清洗；

2）在MOCVD沉积系统的沉积室，采用磁控溅射工艺在金刚石衬底表面沉积一层氮化铝薄膜。

所述对金刚石衬底表面进行表面等离子体清洗方法为：在MOCVD沉积系统的进样室，金刚石衬底在氩气和氮气的混合气体氛围中进行等离子体处理，氩气和氮气的质量流量比为20:4、等离子体清洗电源的灯丝电压为60-80V、加速电压为80-120V。

所述在金刚石衬底表面沉积一层氮化铝薄膜的磁控溅射工艺参数为：本底真空度3×10^-4 Pa、衬底旋转台转速30Hz、等离子体源功率100W、N₂流量300sccm、NH₃流量30sccm、工作压强5.5 Torr、衬底温度700-1000℃、Al源温度21.5℃、载气H₂流量65sccm、沉积时间1-2小时。

本发明的原理分析：

为了满足高频率和/或大功率移动通信的要求，必须选用高声速、高弹性模量、高热导率、低密度的材料来制备SAW器件。在所有材料中，金刚石的弹性模量最高（弹性模量E=1200Gpa），密度较低（ρ=3.51 g/cm³），从而具有所有物质中最高的声速，用其制作的多层膜SAW器件，IDT指宽d是相同频率常规材料的2.5倍（例如，频率为2.5GHz的SAW器件对应的指宽d可大于1 μm，频率为5GHz的SAW器件对应的指宽d可大于0.5μm），而电阻只有常规材料的2/5，产生的耗的耗散热也只有常规材料的2/5，再加上金刚石的热导率在所有材料中最高，使得金刚石薄膜成为高频率、大功率SAW器件，即“压电薄膜/高声速薄膜”多层膜声表面波SAW器件中最理想的高声速材料。SAW器件的性能则由压电薄膜和金刚石衬底共同决定。