專利名稱：AlN/GAZO/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓電薄膜材料領(lǐng)域，具體涉及一種A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件的制備方法。
背景技術(shù)：
聲表面波濾波器是一種利用聲表面波效應(yīng)和諧振特性制備的對(duì)頻率有選擇的器件，是應(yīng)用量最大的一種SAW (surface acoustic wave )器件,其作用是允許某一頻帶的信號(hào)通過(guò)，而阻止其它頻帶的信號(hào)通過(guò)，利用叉指換能器(IDT)制作的SAW濾波器的中心頻率/是由制作材料的聲表面波傳播速度K和IDT電極的周期Z決定的，即/ = K/Z。 眾所周知，金剛石是所有物質(zhì)中聲傳播速度最快的材料，高于10000m/S，用其制作
2.5GHz的高頻SAW濾波器，其IDT電極可放寬至I μ m，對(duì)電極制備的技術(shù)要求大大降低，此夕卜，金剛石非常高的彈性模量，有利于聲學(xué)波的高保真?zhèn)鬏敚桓叩膶?dǎo)熱性和優(yōu)良的耐熱性，還適合于大功率發(fā)射端高頻濾波器等應(yīng)用。這些特性使得金剛石SAW濾波器成為目前世界上重要的研究焦點(diǎn)之一。但是金剛石不是壓電材料，自身不具有壓電性，無(wú)法激發(fā)和接收表面波，需要在其表面上沉積一層壓電薄膜制成多層的薄膜SAW濾波器，因此，如何在高聲速材料金剛石上沉積出高c軸取向、低表面粗糙度和高電阻的壓電薄膜使其能夠適用于高頻SAff濾波器的多層膜體系就成為當(dāng)前研究的關(guān)鍵問(wèn)題。AlN是電絕緣體，介電性能良好，高聲傳播速率、低傳輸損耗、化學(xué)穩(wěn)定性好、在短紅外波段到長(zhǎng)紅外波段透過(guò)性好且吸收小以及優(yōu)異的高溫抗氧化性，是新興的電器元件材料，但是由于自支撐金剛石厚膜襯底基片與AlN材料有很高的晶格適配度，如此大的晶格適配造成了很高的位錯(cuò)密度，將使聲表面波濾波器件中的非輻射復(fù)合中心增多，限制了其內(nèi)量子效率的進(jìn)一步提升，不利于聲波的傳輸，因此，如何把滿足SAW器件要求的高質(zhì)量AlN壓電薄膜整合到金剛石厚膜上成為了亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件的制備方法，目的是通過(guò)使用有機(jī)物化學(xué)氣相沉積的方法，以高質(zhì)量的GAZO薄膜作為自支撐金剛石薄膜襯底和AlN薄膜之間的緩沖層，沉積制備高C軸擇優(yōu)取向的納米AlN薄膜，得到性能優(yōu)異的聲表面波濾波器件。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案按照以下步驟進(jìn)行
(1)以自支撐金剛石膜為襯底基片，依次用丙酮、乙醇以及去離子水超聲波清洗襯底基片，用氮?dú)獯蹈伤腿霘庀喑练e反應(yīng)室；
(2)將氣相沉積反應(yīng)室抽真空至8.OX 10_4 Pa，將基片加熱至485°C，向反應(yīng)室內(nèi)通入流量為80-200sccm的氧氣、流量為0. 3-2. Osccm的三甲基鋁、流量為0. 5-2. Osccm的三甲基鎵和流量為O. 6-3. Osccm的二乙基鋅，控制微波功率為600W，在襯底基片上沉積厚度為80-120nm 的 GAZO 膜；
(3)沉積結(jié)束后停止通入三甲基鋁、三甲基鎵和二乙基鋅，用氮?dú)馇逑礆庀喑练e反應(yīng)室，然后通入流量為O. 3-2. Osccm的三甲基鋁，并控制氮?dú)饬髁繛?0-150sCCm，將襯底基片進(jìn)行加熱至500-900°C，控制微波功率為600W，在載有GAZO膜的襯底基片上沉積800nm厚的AlN薄膜，待氣相沉積反應(yīng)室內(nèi)降至室溫時(shí)，打開(kāi)沉積室，得到A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件。本發(fā)明所述的GAZO膜是指Ga、Al共摻雜的ZnO膜。本發(fā)明中三甲基鋁反應(yīng)源控制溫度是26 °C，三甲基鎵反應(yīng)源控制溫度 是 _14· 1C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是
本發(fā)明公開(kāi)了一種A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件的制備方法，在自支撐金剛石襯底上沉積制備GAZO薄膜作為壓電薄膜AlN的緩沖層，可得到平整光滑、結(jié)晶度好的高C軸擇優(yōu)取向的優(yōu)質(zhì)AlN納米膜，該薄膜結(jié)構(gòu)可滿足高頻、高機(jī)電耦合系數(shù)、低損耗、大功率SAW器件等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，工藝易于控制，本發(fā)明制備的壓電薄膜器件均勻性好，聲速傳輸性能優(yōu)異，可用于制造大功率，高頻率的聲表面波濾波器件。


圖1是本發(fā)明方法得到的A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件的示意 其中1 :自支撐金剛石膜襯底基片；2 =GAZO薄膜；3 =AlN薄膜；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件的SEM圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備的A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件的XRD圖4是本發(fā)明實(shí)施例1制備的A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件的反射式高能電子衍射譜RHEED測(cè)試圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明中所述的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)即ECR-PEM0CVP系統(tǒng)，已經(jīng)在申請(qǐng)?zhí)枮樯暾?qǐng)?zhí)枮?01210247144. 8的專利中公開(kāi)。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1
以自支撐金剛石膜為襯底基片，依次用丙酮、乙醇以及去離子水超聲波清洗襯底基片，用氮?dú)獯蹈伤腿霘庀喑练e反應(yīng)室；
將氣相沉積反應(yīng)室抽真空至8. OX 10_4 Pa，將基片加熱至485°C，向反應(yīng)室內(nèi)通入流量為120sccm的氧氣、流量為O. 3sccm的三甲基鋁、流量為O. 8sccm的三甲基鎵和流量為1.Osccm的二乙基鋅，控制微波功率為600W，在襯底基片上沉積厚度為IOOnm的GAZO膜；沉積結(jié)束后停止通入三甲基鋁、三甲基鎵和二乙基鋅，用氮?dú)馇逑礆庀喑练e反應(yīng)室，然后通入流量為O. 9sccm的三甲基鋁，并控制氮?dú)饬髁繛?30SCCm，將襯底基片進(jìn)行加熱至6000C，控制微波功率為600W，在載有GAZO膜的襯底基片上沉積800nm厚的AlN薄膜，待氣相沉積反應(yīng)室內(nèi)降至室溫時(shí)，打開(kāi)沉積室，得到A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，SEM圖如圖2所示，從圖中可以看出其表面形貌均較好，均方根平整度均在納米數(shù)量級(jí)，滿足器件對(duì)表面形貌的要求；其乂1 圖和反射式高能電子衍射譜RHEED測(cè)試圖如圖3和圖4所示，從圖中可以看出沉積制備的GAZO膜和AlN膜均呈現(xiàn)出高度軸擇優(yōu)取向，結(jié)晶質(zhì)量良好；進(jìn)行霍爾測(cè)試，分析其電學(xué)性能結(jié)果表明，器件呈現(xiàn)出高阻值性質(zhì)，滿足器件對(duì)阻值的要求。實(shí)施例2
以自支撐金剛石膜為襯底基片，依次用丙酮、乙醇以及去離子水超聲波清洗襯底基片，用氮?dú)獯蹈伤腿霘庀喑练e反應(yīng)室；
將氣相沉積反應(yīng)室抽真空至8. OX 10_4 Pa，將基片加熱至485°C，向反應(yīng)室內(nèi)通入流量為80sccm的氧氣、流量為1. Osccm的三甲基鋁、流量為O. 5sccm的三甲基鎵和流量為
O.6sccm的二乙基鋅，控制微波功率為600W，在襯底基片上沉積厚度為80nm的GAZO膜；沉積結(jié)束后停止通入三甲基鋁、三甲基鎵和二乙基鋅，用氮?dú)馇逑礆庀喑练e反應(yīng)室，然后通入流量為O. 3sccm的三甲基鋁，并控制氮?dú)饬髁繛镾Osccm，將襯底基片進(jìn)行加熱至5000C，控制微波功率為600W，在載有GAZO膜的襯底基片上沉積800nm厚的AlN薄膜，待氣相沉積反應(yīng)室內(nèi)降至室溫時(shí)，打開(kāi)沉積室，得到A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。實(shí)施例3
以自支撐金剛石膜為襯底基片，依次用丙酮、乙醇以及去離子水超聲波清洗襯底基片，用氮?dú)獯蹈伤腿霘庀喑练e反應(yīng)室；
將氣相沉積反應(yīng)室抽真空至8. OX 10_4 Pa，將基片加熱至485°C，向反應(yīng)室內(nèi)通入流量為200sccm的氧氣、流量為2. Osccm的三甲基鋁、流量為2. Osccm的三甲基鎵和流量為
3.Osccm的二乙基鋅，控制微波功率為600W，在襯底基片上沉積厚度為80nm的GAZO膜；
沉積結(jié)束后停止通入三甲基鋁、三甲基鎵和二乙基鋅，用氮?dú)馇逑礆庀喑练e反應(yīng)室，然后通入流量為2. Osccm的三甲基鋁，并控制氮?dú)饬髁繛?50sCCm，將襯底基片進(jìn)行加熱至9000C，控制微波功率為600W，在載有GAZO膜的襯底基片上沉積800nm厚的AlN薄膜，待氣相沉積反應(yīng)室內(nèi)降至室溫時(shí)，打開(kāi)沉積室，得到A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。實(shí)施例4
以自支撐金剛石膜為襯底基片，依次用丙酮、乙醇以及去離子水超聲波清洗襯底基片，用氮?dú)獯蹈伤腿霘庀喑练e反應(yīng)室；
將氣相沉積反應(yīng)室抽真空至8. OX 10_4 Pa，將基片加熱至485°C，向反應(yīng)室內(nèi)通入流量為150sccm的氧氣、流量為1. Osccm的三甲基鋁、流量為1. Osccm的三甲基鎵和流量為
2.Osccm的二乙基鋅，控制微波功率為600W，在襯底基片上沉積厚度為80nm的GAZO膜；
沉積結(jié)束后停止通入三甲基鋁、三甲基鎵和二乙基鋅，用氮?dú)馇逑礆庀喑练e反應(yīng)室，然后通入流量為1.5sCCm的三甲基鋁，并控制氮?dú)饬髁繛镠Osccm，將襯底基片進(jìn)行加熱至800°C，控制微波功率為600W，在載有GAZO膜的襯底基片上沉積800nm厚的AlN薄膜，待氣相沉積反應(yīng)室內(nèi)降至室溫時(shí)，打開(kāi)沉積室，得到A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。實(shí)施例5
以自支撐金剛石膜為襯底基片，依次用丙酮、乙醇以及去離子水超聲波清洗襯底基片，用氮?dú)獯蹈伤腿霘庀喑练e反應(yīng)室；
將氣相沉積反應(yīng)室抽真空至8. OX 10_4 Pa，將基片加熱至485°C，向反應(yīng)室內(nèi)通入流量為200sccm的氧氣、流量為1. 5sccm的三甲基鋁、流量為2. Osccm的三甲基鎵和流量為1.Osccm的二乙基鋅，控制微波功率為600W，在襯底基片上沉積厚度為80nm的GAZO膜；
沉積結(jié)束后停止通入三甲基鋁、三甲基鎵和二乙基鋅，用氮?dú)馇逑礆庀喑练e反應(yīng)室，然 后通入流量為1. Osccm的三甲基鋁，并控制氮?dú)饬髁繛閘OOsccm，將襯底基片進(jìn)行加熱至8000C，控制微波功率為600W，在載有GAZO膜的襯底基片上沉積800nm厚的AlN薄膜，待氣相沉積反應(yīng)室內(nèi)降至室溫時(shí)，打開(kāi)沉積室，得到A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
權(quán)利要求
1.一種A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件的制備方法,其特征在于按照以下步驟進(jìn)行 (1)以自支撐金剛石膜為襯底基片，依次用丙酮、乙醇以及去離子水超聲波清洗襯底基片，用氮?dú)獯蹈伤腿霘庀喑练e反應(yīng)室； (2)將氣相沉積反應(yīng)室抽真空至8.OX 10_4 Pa，將基片加熱至485°C，向反應(yīng)室內(nèi)通入流量為80-200sccm的氧氣、流量為O. 3-2. Osccm的三甲基鋁、流量為O. 5-2. Osccm的三甲基鎵和流量為O. 6-3. Osccm的二乙基鋅，控制微波功率為600W，在襯底基片上沉積厚度為80-120nm 的 GAZO 膜； (3)沉積結(jié)束后停止通入三甲基鋁、三甲基鎵和二乙基鋅，用氮?dú)馇逑礆庀喑练e反應(yīng)室，然后通入流量為O. 3-2. Osccm的三甲基鋁，并控制氮?dú)饬髁繛?0-150sCCm，將襯底基片進(jìn)行加熱至500-900°C，控制微波功率為600W，在載有GAZO膜的襯底基片上沉積800nm厚的AlN薄膜，待氣相沉積反應(yīng)室內(nèi)降至室溫時(shí)，打開(kāi)沉積室，得到A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種A1N/GAZ0/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件的制備方法，其特征在于所述的三甲基鋁反應(yīng)源控制溫度是26°C，三甲基鎵反應(yīng)源控制溫度是 _14.1 °C。
全文摘要
本發(fā)明屬于壓電薄膜材料領(lǐng)域，具體涉及一種AlN/GAZO/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件的制備方法。本發(fā)明方法是以自支撐金剛石膜為襯底基片，清洗后送入氣相沉積反應(yīng)室，向反應(yīng)室內(nèi)通入氮?dú)狻⑷谆X、三甲基鎵和二乙基鋅，在襯底基片上沉積厚度為80-120nm的GAZO膜，然后再通入三甲基鋁，在載有GAZO膜的襯底基片上沉積800nm厚的AlN薄膜，待氣相沉積反應(yīng)室內(nèi)降至室溫時(shí)，打開(kāi)沉積室，得到AlN/GAZO/自支撐金剛石膜結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器件。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，工藝易于控制，本發(fā)明制備的壓電薄膜器件均勻性好，聲速傳輸性能優(yōu)異，可用于制造大功率，高頻率的聲表面波濾波器件。
文檔編號(hào)C23C16/30GK103014653SQ20121057607
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者張東, 趙琰, 張曉慧, 李昱材, 李雙美, 齊德江, 劉莉?qū)? 郭瑞, 王帥杰, 高微, 趙丹 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工程學(xué)院