專利名稱：金剛石聲表面波器件多層薄膜結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聲表面波器件制造技術(shù)，特別涉及金剛石聲表面波器件多層薄膜結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著第三代通訊技術(shù)的發(fā)展，聲表面波(SAW)器件的使用頻率不斷提高。聲表面波(SAW)器件向高頻、高性能的發(fā)展，由兩方面決定一是器件的叉指換能器線條向更微細(xì)化方向發(fā)展，二是器件材料的SAW聲速向更高方向發(fā)展。器件線條的微細(xì)化雖然可以直接提高器件的工作頻率，但正是線條的微細(xì)化，導(dǎo)致其阻抗增大，從而直接導(dǎo)致其承受功率能力急劇下降；同時(shí)，器件線條的微細(xì)化使工藝難度大大增加。為此，在現(xiàn)有工藝條件下提高器件工作頻率、增強(qiáng)其功率承受能力的唯一途徑就是尋找具有更高聲速的SAW壓電材料。金剛石由于具有非常高的彈性模量，使其在所有材料中具有最高的聲速和許多優(yōu)于其它材料的特性。其高的導(dǎo)熱性和優(yōu)良的耐熱性，還適合于大功率發(fā)射端高頻濾波器的應(yīng)用。因此，以金剛石為基底的聲表面波器件受到了越來越多的關(guān)注，成為研究熱點(diǎn)。由于金剛石本身并不是壓電材料，無法激發(fā)出聲表面波，因此需要在其上面沉積一層壓電薄膜制成多層的薄膜聲表面波器件。在高聲速金剛石上沉積壓電薄膜將激勵(lì)出高速的聲表面波，從而制作出工作在GHz級(jí)以上高頻波段的薄膜SAW器件。如圖1所示，金剛石聲表面波器件根據(jù)IDT與壓電薄膜的相對(duì)位置不同主要有以下四種結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。
其中，層A為ZnO、LiNbO3或LiTaO3等壓電薄膜，層B為金剛石薄膜，層C為Si襯底，D是鋁叉指換能器，E是短路金屬層。由IDT與壓電薄膜的相對(duì)位置不同形成不同的結(jié)構(gòu)。在這些多層結(jié)構(gòu)中，聲表面波傳輸特性是由壓電薄膜和金剛石薄膜襯底的特性共同決定。
存在的問題目前使用的這些結(jié)構(gòu)，只是IDT與壓電薄膜的相對(duì)位置不同，每一種結(jié)構(gòu)都必須沉積導(dǎo)電薄膜(D)，并將導(dǎo)電薄膜光刻為叉指換能器。因此，工藝復(fù)雜。每一步工藝的好壞都直接影響到高頻SAW器件的性能。另一方面，目前廣泛使用的導(dǎo)電薄膜鋁由于自擴(kuò)散系數(shù)高，在高功率下Al電極處容易斷路或短路而使器件失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種金剛石聲表面波器件多層薄膜結(jié)構(gòu)的制造方法。其特征在于該方法為在金剛石薄膜(或單晶)表面先光刻顯影SAW器件圖形，在圖形的部位用離子注入方法注入第IIIA或第VA族之一的元素，然后，在注入離子后的金剛石表面沉積多晶ZnO薄膜，最后，去除光刻膠，得到換能器圖形。
所述第IIIA族元素或第VA族之一的元素為B、Al、N或Si。
本發(fā)明的有益效果是此方法通過注入離子使金剛石表面電阻率大大降低，導(dǎo)電能力極大增強(qiáng)，從而替代原有的沉積導(dǎo)電薄膜。不需要沉積Al薄膜，也不需要刻蝕過程。因此，操作大大簡(jiǎn)化，同時(shí)器件的抗功率承受力也極大增強(qiáng)。本方法不需要沉積導(dǎo)電薄膜，也不需要刻蝕過程，因而制備工藝大大簡(jiǎn)化。


圖1為金剛石聲表面波器件根據(jù)IDT與壓電薄膜的相對(duì)位置不同的四種結(jié)構(gòu)示意圖。其中A為ZnO、LiNbO3或LiTaO3等壓電薄膜，B為金剛石薄膜，C為Si襯底，D是鋁叉指換能器，E是短路金屬層。
圖2為本發(fā)明中金剛石高頻聲表而波器件多層薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種金剛石聲表面波器件多層薄膜結(jié)構(gòu)的制造方法。在圖1中，A為ZnO、LiNbO3或LiTaO3等壓電薄膜，B為金剛石薄膜，C為Si襯底，D是鋁叉指換能器，E是短路金屬層。本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中因IDT與壓電薄膜的相對(duì)位置不同的每一種結(jié)構(gòu)的金剛石聲表面波器件都必須沉積導(dǎo)電薄膜，并將導(dǎo)電薄膜光刻為叉指換能器的復(fù)雜工藝；并且導(dǎo)電薄膜鋁由于自擴(kuò)散系數(shù)高，在高功率下Al電極處容易斷路或短路而使器件失效的缺陷。本發(fā)明方法為在金剛石薄膜(或單晶)表面先光刻顯影SAW器件圖形，在圖形的部位用離子注入方法注入第IIIA族或第VA族之一的元素為B、Al、N、Si等。然后，在注入離子后的金剛石表面沉積多晶ZnO薄膜，最后，去除光刻膠，得到換能器圖形(如圖2所示)。具體制備工藝步驟如下1)在金剛石薄膜2或單晶基片1上直接涂覆光刻膠。金剛石膜襯底的厚度滿足KHDia＞4.0(K＝2π/λ為波矢，HDia為金剛石的厚度)。
2)光刻(或電子束直寫)換能器圖形，將無圖形的部位用光刻膠覆蓋，圖形部位顯影后裸露在外。
3)將裸露的圖形部位用離子注入方法注入第IIIA(如B、Al)族或第VA(如N、Si)族之一的元素層3，將金剛石表面改性。注入離子后的金剛石表面電阻率大大降低，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，此表層將起導(dǎo)電薄膜的作用。
4)沉積壓電薄膜4，如ZnO、LiNbO3或LiTaO3等，可以用射頻法，也可采用直流磁控方法。壓電薄膜厚度滿足1＞KHZnO＞0.5(K＝2π/λ為波矢，HZnO為氧化鋅的厚度)。
5)去除光刻膠，則換能器圖形被制備在金剛石上。
權(quán)利要求
1.一種金剛石聲表面波器件多層薄膜結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于該方法是在金剛石薄膜(或單晶)表面先光刻顯影SAW器件圖形，在圖形的部位用離子注入方法注入第IIIA或第VA族之一的元素，然后，在注入離子后的金剛石表面沉積多晶ZnO薄膜，最后，去除光刻膠，得到換能器圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述金剛石聲表面波器件多層薄膜結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述第IIIA族或第VA族元素為B、Al、N或Si之一。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于聲表面波器件制造技術(shù)的一種金剛石聲表面波器件多層薄膜結(jié)構(gòu)的制造方法。是在金剛石薄膜(或單晶)表面先光刻顯影SAW器件圖形，在圖形的部位用離子注入方法注入第IIIA族元素或第VA族之一的元素，然后，在注入離子后的金剛石表面沉積多晶ZnO薄膜，最后，去除光刻膠，得到換能器圖形。此方法通過注入離子使金剛石表面電阻率大大降低，導(dǎo)電能力極大增強(qiáng)，從而替代原有的沉積導(dǎo)電薄膜。不需要沉積Al薄膜，也不需要刻蝕過程。因此，操作大大簡(jiǎn)化，同時(shí)器件的抗功率承受力也極大增強(qiáng)。本方法不需要沉積導(dǎo)電薄膜，也不需要刻蝕過程，因而制備工藝大大簡(jiǎn)化。
文檔編號(hào)H03H3/08GK1645744SQ200410096819
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2004年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月7日
發(fā)明者潘峰, 李冬梅, 王旭波, 曾飛 申請(qǐng)人:清華大學(xué)