專利名稱：一種AlN/ZnO/InGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于壓電薄膜材料領域，具體涉及一種AIN/ZnO/lnGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件的制備方法。
背景技術：
聲表面波濾波器是一種利用聲表面波效應和諧振特性制備的對頻率有選擇的器件，是應用量最大的一種SAW (surface acoustic wave )器件,其作用是允許某一頻帶的 信號通過，而阻止其它頻帶的信號通過，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，對電極制備的技術要求大大降低，此夕卜，金剛石非常高的彈性模量，有利于聲學波的高保真?zhèn)鬏?；高的導熱性和?yōu)良的耐熱性，還適合于大功率發(fā)射端高頻濾波器等應用。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之一。但是金剛石不是壓電材料，自身不具有壓電性，無法激發(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前研究的關鍵問題。AlN是電絕緣體，介電性能良好，高聲傳播速率、低傳輸損耗、化學穩(wěn)定性好、在短紅外波段到長紅外波段透過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，但是由于金剛石I旲襯底基片與AlN材料有很聞的晶格適配度，如此大的晶格適配造成了很高的位錯密度，將使聲表面波濾波器件中的非輻射復合中心增多，限制了其內(nèi)量子效率的進一步提升，不利于聲波的傳輸，因此，如何把滿足SAW器件要求的高質量AlN壓電薄膜整合到金剛石膜上成為了亟待解決的關鍵技術難題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種AIN/ZnO/lnGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件的制備方法，目的通過有機物化學氣相沉積，在金剛石薄膜襯底上依次沉積高C軸擇優(yōu)取向的ZnO和InGaN薄膜作為緩沖層，制備高C軸擇優(yōu)取向的納米AlN薄膜，得到性能優(yōu)異的AIN/ZnO/lnGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案按照以下步驟進行
(1)將Si基片用丙酮、乙醇以及去離子水超聲清洗，用氮氣吹干送入熱絲化學氣相沉積反應室中，將反應室抽真空至9. OX 10_4 Pa后，將Si基片加熱至500°C，向反應室內(nèi)通入流量為1. 6sccm的CH4和流量為200sCCm的H2，控制微波功率為650W，在Si基片上沉積100-300nm厚的金剛石膜；
(2)用去離子水沖洗上述金剛石/Si基片，吹干后送入金屬有機化合物化學氣相沉淀反應室中，將金剛石/Si基片加熱至300-600°C，控制設備微波功率為650W，向反應室中通入流量分別為O. 6-2. Osccm的三甲基銦、流量為O. 3-1. Osccm的三甲基鎵和流量為100-150sccm的氮氣,在金剛石/Si基片上沉積厚度為20_100nm的InGaN薄膜；
(3)然后向反應室內(nèi)同時通入攜帶二乙基鋅的氬氣和氧氣，控制氬氣與氧氣的流量比為1:100，在InGaN/金剛石/Si基片上沉積20_100nm厚的ZnO膜，之后用高純氮氣清洗沉積室；
(4)最終向反應室中通入流量為O.6-2. Osccm的三甲基鋁和流量為100-150sccm的氮氣，將ZnO/InGaN/金剛石/Si基片加熱至200-800°C，控制設備微波功率為650W，在ZnO/InGaN/金剛石/Si基片上沉積厚度為500-1000nm的AlN膜，待沉積溫度降低至室溫時，打開沉積室，得到AIN/ZnO/lnGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件。本發(fā)明中三甲基銦反應源控制溫度是20°C，三甲基鎵反應源控制溫度 是 _14· 1C。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的特點和有益效果是
本發(fā)明方法是首先在Si基片襯底上沉積制備金剛石薄膜，然后以有高C軸擇優(yōu)取向的納米ZnO和InGaN薄膜作為緩沖層，沉積制備平整光滑、結晶度好的高C軸擇優(yōu)取向的優(yōu)質的AlN納米壓電薄膜；
本發(fā)明方法中的沉積過程易于控制,得到的AIN/ZnO/lnGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件壓電薄膜均勻性好，聲速傳輸性能優(yōu)異，能滿足高頻、高機電耦合系數(shù)、低損耗、大功率SAW器件等領域的應用需求，能用于制造大功率，高頻率的聲表面波濾波器件。


圖1為本發(fā)明方法得到的AlN/ZnO/InGaN/diamond/Si多層膜結構聲表面波濾波器件示意 圖中1為Si基片，2為金剛石薄膜，3為InGaN薄膜緩沖層，4為ZnO薄膜緩沖層，5為AlN薄膜；
圖2是本發(fā)明實施例1中的AlN/ZnO/InGaN/diamond/Si多層膜結構聲表面波濾波器件的橫截面SEM 圖3是本發(fā)明實施例2中的AlN/ZnO/InGaN/diamond/Si多層膜結構聲表面波濾波器件的表面SEM 圖4本發(fā)明實施例3中的AlN/ZnO/InGaN/diamond/Si多層膜結構聲表面波濾波器件的表面SEM 圖5本發(fā)明實施例4中的AlN/ZnO/InGaN/diamond/Si多層膜結構聲表面波濾波器件的表面SEM具體實施例方式本發(fā)明所述的金屬有機化合物化學氣相沉淀是ERC-PVM0CVD設備的一部分，已經(jīng)在申請?zhí)枮?110902328.1的專利中公開；所述的熱絲化學氣相沉積室是常規(guī)的CVD設備上的。 下面結合實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明。
實施例1
將Si基片用丙酮、乙醇以及去離子水超聲清洗，用氮氣吹干送入熱絲化學氣相沉積反應室中，將反應室抽真空至9. OX 10_4 Pa后，將Si基片加熱至500°C，向反應室內(nèi)通入流量為1. 6sccm的CH4和流量為200sccm的H2，控制微波功率為650W，在Si基片上沉積IOOnm厚的金剛石月吳;
用去離子水沖洗上述金剛石/Si基片，送入金屬有機化合物化學氣相沉淀反應室，將金剛石/Si基片加熱至300°C，控制設備微波功率為650W，向反應室中通入流量分別為
0.6sccm的三甲基銦、流量為O. 3sccm的三甲基鎵和流量為IOOsccm的氮氣，在金剛石/Si基片上沉積厚度為20nm的InGaN薄膜； 然后向反應室內(nèi)同時通入攜帶二乙基鋅的氬氣和氧氣，控制氬氣與氧氣的流量比為1:100，在InGaN/金剛石/Si基片上沉積20nm厚的ZnO膜，之后用高純氮氣清洗沉積室；最終向反應室中通入流量為O. 6sccm的三甲基鋁和流量為IOOsccm的氮氣，將ZnO/InGaN/金剛石/Si基片加熱至200°C，控制設備微波功率為650W，在ZnO/InGaN/金剛石/Si基片上沉積晶粒尺寸大小為60nm，厚度為500nm的AlN膜，待沉積溫度降低至室溫時，打開沉積室，得到AIN/ZnO/lnGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件，其結構如圖1所示，橫截面SEM圖如圖2所示，表面SEM圖如圖3所示，從圖中可以看出其表面和膜間的均勻性好，對其進行霍爾測試，分析其電學性能結果表明其呈現(xiàn)出高阻值性質，滿足器件對阻值的要求。實施例2
將Si基片用丙酮、乙醇以及去離子水超聲清洗，用氮氣吹干送入熱絲化學氣相沉積反應室中，將反應室抽真空至9. OX 10_4 Pa后，將Si基片加熱至500°C，向反應室內(nèi)通入流量為1. 6sccm的CH4和流量為200sccm的H2,控制微波功率為650W，在Si基片上沉積200nm厚的金剛石月吳;
用去離子水沖洗上述金剛石/Si基片，送入金屬有機化合物化學氣相沉淀設備中，將金剛石/Si基片加熱至400°C，控制設備微波功率為650W，向反應室中通入流量分別為
1.Osccm的三甲基銦、流量為O. 5sccm的三甲基鎵和流量為IOOsccm的氮氣，在金剛石/Si基片上沉積厚度為30nm的InGaN薄膜；
然后向反應室內(nèi)同時通入攜帶二乙基鋅的氬氣和氧氣，控制氬氣與氧氣的流量比為1:100，在InGaN/金剛石/Si基片上沉積30nm厚的ZnO膜，之后用高純氮氣清洗沉積室；最終向反應室中通入流量為1. Osccm的三甲基鋁和流量為120sccm的氮氣，將ZnO/InGaN/金剛石/Si基片加熱至300°C，控制設備微波功率為650W，在ZnO/InGaN/金剛石/Si基片上沉積晶粒尺寸大小為60nm，厚度為600nm的AlN膜，待沉積溫度降低至室溫時，打開沉積室，得到AIN/ZnO/lnGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件，其結構如圖1所示，表面SEM圖如圖4所示，從圖中可以看出其表面和膜間的均勻性好，對其進行霍爾測試，分析其電學性能結果表明其呈現(xiàn)出高阻值性質，滿足器件對阻值的要求。實施例3
將Si基片用丙酮、乙醇以及去離子水超聲清洗，用氮氣吹干送入熱絲化學氣相沉積反應室中，將反應室抽真空至9. O X 10_4 Pa后，將Si基片加熱至500°C，通入流量為1. 6sccm的CH4和流量為200SCCm的H2，控制微波功率為650W，在Si基片上沉積300nm厚的金剛石膜；
用去離子水沖洗上述金剛石/Si基片，送入金屬有機化合物化學氣相沉淀設備中，將金剛石/Si基片加熱至600°C，控制設備微波功率為650W，向反應室中通入流量分別為
2.Osccm的三甲基銦、流量為1. Osccm的三甲基鎵和流量為150sccm的氮氣，在金剛石/Si基片上沉積厚度為IOOnm的InGaN薄膜；
然后向反應室內(nèi)同時通入攜帶二乙基鋅的氬氣和氧氣，控制氬氣與氧氣的流量比為1:100，在InGaN/金剛石/Si基片上沉積IOOnm厚的ZnO膜，之后用高純氮氣清洗沉積室；
最終向反應室中通入流量為2. Osccm的三甲基鋁和流量為150sccm的氮氣，將ZnO/InGaN/金剛石/Si基片加熱至800°C，控制設備微波功率為650W，在ZnO/InGaN/金剛石/Si基片上沉積晶粒尺寸大小為60nm，厚度為IOOOnm的AlN膜，待沉積溫度降低至室溫時，打開沉積室，得到AIN/ZnO/lnGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件，其結構如圖1所示，表面SEM圖如圖5所示，從圖中可以看出其表面和膜間的均勻性好，對其進行霍爾測 試，分析其電學性能結果表明其呈現(xiàn)出高阻值性質，滿足器件對阻值的要求。實施例4
將Si基片用丙酮、乙醇以及去離子水超聲清洗，用氮氣吹干送入熱絲化學氣相沉積反應室中，將反應室抽真空至9. O X 10_4 Pa后，將Si基片加熱至500°C，通入流量為1. 6sccm的CH4和流量為200SCCm的H2，控制微波功率為650W，在Si基片上沉積250nm厚的金剛石膜；
用去離子水沖洗上述金剛石/Si基片，送入金屬有機化合物化學氣相沉淀設備中，將金剛石/Si基片加熱至500°C，控制設備微波功率為650W，向反應室中通入流量分別為1. 5sccm的三甲基銦、流量為O. 5sccm的三甲基鎵和流量為130sccm的氮氣，在金剛石/Si基片上沉積厚度為80nm的InGaN薄膜；
然后向反應室內(nèi)同時通入攜帶二乙基鋅的氬氣和氧氣，控制氬氣與氧氣的流量比為
1:100，在InGaN/金剛石/Si基片上沉積80nm厚的ZnO膜，之后用高純氮氣清洗沉積室；
最終向反應室中通入流量為1. 5sccm的三甲基鋁和流量為120sccm的氮氣，將ZnO/InGaN/金剛石/Si基片加熱至700°C，控制設備微波功率為650W，在ZnO/InGaN/金剛石/Si基片上沉積晶粒尺寸大小為60nm，厚度為800nm的AlN膜，待沉積溫度降低至室溫時，打開沉積室，得到AIN/ZnO/lnGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件，其結構如圖1所示，對其進行霍爾測試，分析其電學性能結果表明其呈現(xiàn)出高阻值性質，滿足器件對阻值的要求。實施例5
將Si基片用丙酮、乙醇以及去離子水超聲清洗，用氮氣吹干送入熱絲化學氣相沉積反應室中，將反應室抽真空至9. O X 10_4 Pa后，將Si基片加熱至500°C，通入流量為1. 6sccm的CH4和流量為200SCCm的H2，控制微波功率為650W，在Si基片上沉積150nm厚的金剛石膜；
用去離子水沖洗上述金剛石/Si基片，送入金屬有機化合物化學氣相沉淀設備中，將金剛石/Si基片加熱至400°C，控制設備微波功率為650W，向反應室中通入流量分別為1.Osccm的三甲基銦、流量為O. 8sccm的三甲基鎵和流量為150sccm的氮氣，在金剛石/Si基片上沉積厚度為80nm的InGaN薄膜；然后向反應室內(nèi)同時通入攜帶二乙基鋅的氬氣和氧氣，控制氬氣與氧氣的流量比為1:100，在InGaN/金剛石/Si基片上沉積60nm厚的ZnO膜，之后用高純氮氣清洗沉積室；最終向反應室中通入流量為1.8sccm的三甲基鋁和流量為IlOsccm的氮氣，將ZnO/InGaN/金剛石/Si基片加熱至500°C，控制設備微波功率為650W，在ZnO/InGaN/金剛石/Si基片上沉積晶粒尺寸大小為60nm，厚度為700nm的AlN膜，待沉積溫度降低至室溫時，打開沉積室，得 到AIN/ZnO/lnGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件，其結構如圖1所示，對其進行霍爾測試，分析其電學性能結果表明其呈現(xiàn)出高阻值性質，滿足器件對阻值的要求。
權利要求
1.一種AlN/ZnO/InGaN/金剛石/Si多層結構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行 (1)將Si基片用丙酮、乙醇以及去離子水超聲清洗，用氮氣吹干送入熱絲化學氣相沉積反應室中，將反應室抽真空至9. OX 10_4 Pa后，將Si基片加熱至500°C，向反應室內(nèi)通入流量為1. 6sccm的CH4和流量為200SCCm的H2，控制微波功率為650W，在Si基片上沉積100-300nm厚的金剛石膜； (2)用去離子水沖洗上述金剛石/Si基片，吹干后送入金屬有機化合物化學氣相沉淀反應室中，將金剛石/Si基片加熱至300-600°C，控制設備微波功率為650W，向反應室中通入流量分別為0. 6-2. Osccm的三甲基銦、流量為0. 3-1. Osccm的三甲基鎵和流量為100-150sccm的氮氣,在金剛石/Si基片上沉積厚度為20_100nm的InGaN薄膜； (3)然后向反應室內(nèi)同時通入攜帶二乙基鋅的氬氣和氧氣，控制氬氣與氧氣的流量比為1:100，在InGaN/金剛石/Si基片上沉積20_100nm厚的ZnO膜，之后用高純氮氣清洗沉積室； (4)最終向反應室中通入流量為0.6-2. Osccm的三甲基鋁和流量為100-150sccm的氮氣，將ZnO/InGaN/金剛石/Si基片加熱至200-800°C，控制設備微波功率為650W，在ZnO/InGaN/金剛石/Si基片上沉積厚度為500-1000nm的AlN膜，待沉積溫度降低至室溫時，打開沉積室，得到AlN/ZnO/InGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種AlN/ZnO/InGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件的制備方法，其特征在于三甲基銦反應源控制溫度是20°C，三甲基鎵反應源控制溫度是 _14. 1C。
全文摘要
本發(fā)明屬于壓電薄膜材料領域，具體涉及一種AlN/ZnO/InGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件的制備方法。本發(fā)明方法是將Si基片清洗后送入熱絲化學氣相沉積反應室中，在Si基片上沉積100-300nm厚的金剛石膜，送入金屬有機化合物化學氣相沉淀反應室中，反應室中通入三甲基銦、三甲基鎵和氮氣，在金剛石/Si基片上沉積厚度為20-100nm的InGaN薄膜，然后向反應室內(nèi)同時通入攜帶二乙基鋅的氬氣和氧氣，在InGaN/金剛石/Si基片上沉積20-100nm厚ZnO膜，最終向反應室中通入三甲基鋁和氮氣，得到AlN/ZnO/InGaN/金剛石/Si多層結構聲表面波濾波器件。本發(fā)明方法首先在Si基片襯底上沉積制備金剛石薄膜，以有高C軸擇優(yōu)取向的納米ZnO和InGaN薄膜作為緩沖層，沉積制備平整光滑、結晶度好的高C軸擇優(yōu)取向的優(yōu)質AlN納米壓電薄膜。
文檔編號H03H9/64GK103014654SQ20121057623
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權日2012年12月27日
發(fā)明者趙琰, 張東, 王存旭, 韓希昌, 尹常永, 遲新利, 鄧瑋, 趙丹, 高慶忠, 王剛, 張玉燕, 林盛 申請人:沈陽工程學院