一種用于制作高頻聲表面波器件的復(fù)合薄膜基底的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于高頻聲表面波器件的【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及一種金剛石薄膜基底。其包括單晶硅片、普通金剛石薄膜層和納米金剛石薄膜層三個部分，其中普通金剛石薄膜采用化學(xué)氣相沉積法沉積在單晶硅片表面，納米金剛石薄膜采用化學(xué)氣相沉積法直接沉積在普通金剛石薄膜表面，由此形成金剛石/納米金剛石復(fù)合薄膜，與單晶硅片一起作為高頻聲表面波器件的基底，在該基底上制備ZnO等壓電薄膜，然后在其上設(shè)計叉指換能器，便形成了新型的高頻聲表面波器件，其可以省略普通金剛石薄膜拋光的過程，并能彌補納米金剛石薄膜沉積速率過低的缺陷，極大地降低了高頻聲表面波器件的成本，提高其生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種用于制作高頻聲表面波器件的復(fù)合薄膜基底
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于高頻聲表面波器件的【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及一種金剛石薄膜基底?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]聲表面波(SAW)是一種能量只集中在彈性體表面附近傳播的波，它具有傳播速度慢、傳播過程中可以任意存取信號等特點，利用它的這些特性制備的聲表面波器件具有體積小、質(zhì)量輕、可靠性高以及能在苛刻的環(huán)境下穩(wěn)定工作等特點，在現(xiàn)代化通訊系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。隨著信息和通訊技術(shù)的高速發(fā)展，對聲表面波器件使用頻率的要求不斷提高，金剛石是所有物質(zhì)中聲傳播速度最快的材料(高于10 OOOm/s)，是提高SAW器件頻率的理想材料。金剛石除具有最高的聲傳播速度外，還具有高的彈性模量，高的導(dǎo)熱性和優(yōu)良的耐熱性，能保證聲波的高保真?zhèn)鬏敚m合于制作大功率發(fā)射端高頻SAW器件。金剛石高頻聲表面波器件的基本構(gòu)成為:在基板材料(一般為Si)上采用化學(xué)氣相沉積法制備金剛石薄膜，再采用磁控濺射等方法在其上制備一層壓電薄膜(ZnO等)，最后采用微系統(tǒng)加工技術(shù)在壓電薄膜上制備叉指電極，這樣就形成了完整的金剛石高頻SAW器件。
[0003]目前金剛石薄膜多采用化學(xué)氣相沉積法制得，普通的金剛石薄膜晶粒尺寸在微米量級，通過調(diào)節(jié)薄膜的沉積工藝，可以減小薄膜的晶粒尺寸，獲得納米金剛石薄膜。目前在制備納米金剛石薄膜方面只有微波等離子體化學(xué)氣相沉積法是比較成熟的技術(shù)，其他方法還有待發(fā)展。作為高頻聲表面波器件的基底材料必須要求有非常好的表面平整性，這樣可以盡量減小表面缺陷等因素對聲波傳輸?shù)挠绊?。采用普通金剛石薄膜作為基底材料時，薄膜表面必須經(jīng)過研磨拋光等方法降低其表面粗糙度，使其粗糙度達(dá)到納米量級。但是，金剛石是目前發(fā)現(xiàn)的最硬的物質(zhì)，對其進(jìn)行研磨拋光處理需要花費大量的時間和材料，此外，對薄膜進(jìn)行研磨拋光處理，必須在拋光前預(yù)沉積一定厚度，在拋光過程中會耗費掉這一厚度的金剛石薄膜，這形成了比較嚴(yán)重的浪費。納米金剛石薄膜表面光滑平整，采用其作為基底材料能夠省略掉繁瑣的研磨拋光過程，能有效地節(jié)約成本。但是目前納米金剛石薄膜沉積的技術(shù)還不夠完善，其沉積速率相對于普通金剛石薄膜的沉積速率低一個數(shù)量級，因此，要制備特定厚度(>20 μ m)的納米金剛石薄膜需要耗費大量的時間，這樣又嚴(yán)重地影響了整個器件的生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型所要解決的問題是:提出一種制作高頻聲表面波器件的復(fù)合薄膜基底，既能有效節(jié)約成本，又能提高整個器件的生產(chǎn)效率。
[0005]本實用新型的解決技術(shù)方案是:提出的一種用于制作高頻聲表面波器件的復(fù)合薄膜基底，其包括單晶硅片、普通金剛石薄膜層和納米金剛石薄膜層三個部分，其中普通金剛石薄膜采用化學(xué)氣相沉積法沉積在單晶硅片表面，納米金剛石薄膜采用化學(xué)氣相沉積法直接沉積在普通金剛石薄膜表面，由此形成金剛石/納米金剛石復(fù)合薄膜，與單晶硅片一起作為高頻聲表面波器件的基底。[0006]本實用新型提出了一種用于制作高頻聲表面波器件的復(fù)合薄膜基底，在該基底上制備ZnO等壓電薄膜，然后在其上設(shè)計叉指換能器，便形成了新型的高頻聲表面波器件。
[0007]本實用新型的優(yōu)點是:可以省略普通金剛石薄膜拋光的過程，并能彌補納米金剛石薄膜沉積速率過低的缺陷，可以極大地降低高頻聲表面波器件的成本，提高其生產(chǎn)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為復(fù)合薄膜基底后制備的高頻聲表面波器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖中符號說明:單晶硅片1、普通金剛石薄膜2、納米金剛石薄膜3、Zn0等壓電薄膜
4、叉指換能器5、聲表面波6。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實例對本實用新型做進(jìn)一步說明。
[0011]本實用新型是一種用于制作高頻聲表面波器件的復(fù)合薄膜基底，采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積法在單晶硅片I上制備普通金剛石薄膜2，然后通過調(diào)節(jié)薄膜的生長工藝，在之前沉積的普通金剛石薄膜2上直接生長納米金剛石薄膜3，從而得到金剛石/納米金剛石復(fù)合薄膜。
[0012]本復(fù)合薄膜的制備包括單晶硅片的預(yù)處理、普通金剛石薄膜的制備和納米金剛石薄膜的制備三個過程，具體步驟如下:
[0013]a.將厚度為1_2_，表面經(jīng)過拋光處理的單晶硅片I先用蒸餾水超聲洗滌，然后在納米金剛石粉懸濁液中超聲研磨10-30分鐘，接著在丙酮溶液中超聲清洗2-5分鐘，取出備用。所述納米金剛石粉懸濁液為添加有粒徑4-15nm的金剛石粉的丙酮溶液，使用納米金剛石粉懸濁液對單晶硅片I進(jìn)行超聲研磨是為了在硅片的表面形成微觀缺陷，從而降低金剛石在單晶硅片I表面形核需要的能量，提高其形核率，此外，超聲研磨處理還會起到預(yù)植晶的作用，增強金剛石薄膜的前期形核。
[0014]b.將上述預(yù)處理后的單晶硅片I放入反應(yīng)腔體內(nèi)，抽本底真空后通入工作氣體，利用微波能激勵工作氣體使之放電產(chǎn)生等離子體，在單晶硅片I區(qū)域產(chǎn)生均勻致密的等離子體球。反應(yīng)氣體在等離子體中發(fā)生反應(yīng)，在單晶硅片I表面化學(xué)氣相沉積得到普通金剛石薄膜。薄膜生長的具體工藝參數(shù)為:基片溫度800-900°C，反應(yīng)氣壓5-10kPa，微波輸出功率為2-4kW，薄膜的厚度控制在15-18 μ m。所述的反應(yīng)腔體為微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置的不銹鋼水冷腔體，該裝置最大輸出功率10kW，微波頻率為2450MHz ;所述的工作氣體為甲烷和氫氣的混合氣體，其配比為1_5%。
[0015]c.在上述沉積的基礎(chǔ)上，在不關(guān)機的條件下，通過在反應(yīng)氣體中添加添加其他反應(yīng)氣體、加大甲烷氣體的配比和降低基片溫度的方法，提高薄膜生長過程中的二次形核，擬制金剛石顆粒的長大，在前期制備的普通金剛石薄膜表面繼續(xù)生長一層厚度為2-5 μ m的納米金剛石薄膜。所述其他氣體是氬氣、氧氣中的一種或者他們的混合氣體，為混合氣體時，氬氣與氧氣為任意配比；薄膜沉積過程中基片溫度控制在700-750°C，甲烷在混合氣體中的配比為5-15%。
[0016]一種新型的高頻聲表面波器件，在金剛石/納米金剛石復(fù)合薄膜基底上制備ZnO等壓電薄膜4，然后在其上設(shè)計叉指換能器5。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制作高頻聲表面波器件的復(fù)合薄膜基底，其特征在于:包括單晶硅片、普通金剛石薄膜層和納米金剛石薄膜層三個部分，其中普通金剛石薄膜采用化學(xué)氣相沉積法沉積在單晶硅片表面，納米金剛石薄膜采用化學(xué)氣相沉積法直接沉積在普通金剛石薄膜表面，形成金剛石/納米金剛石復(fù)合薄膜。
2.一種高頻聲表面波器件，其特征在于:在權(quán)利要求1所述的復(fù)合薄膜基底上制備ZnO等壓電薄膜，然后在其上設(shè)計叉指換能器，形成高頻聲表面波器件。
【文檔編號】H03H3/08GK203537343SQ201320628973
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】熊禮威, 崔曉慧, 汪建華 申請人:武漢工程大學(xué)