CN103014653B - AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于压电薄膜材料领域，具体涉及一种AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件的制备方法。本发明方法是：以自支撑金刚石膜为衬底基片，清洗后送入气相沉积反应室，向反应室内通入氮气、三甲基铝、三甲基镓和二乙基锌，在衬底基片上沉积厚度为80-120nm的GAZO膜，然后再通入三甲基铝，在载有GAZO膜的衬底基片上沉积800nm厚的AlN薄膜，待气相沉积反应室内降至室温时，打开沉积室，得到AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件。本发明方法简单，工艺易于控制，本发明制备的压电薄膜器件均匀性好，声速传输性能优异，可用于制造大功率，高频率的声表面波滤波器件。
Description
技术领域
本发明属于压电薄膜材料领域，具体涉及一种AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件的制备方法。
背景技术
声表面波滤波器是一种利用声表面波效应和谐振特性制备的对频率有选择的器件，是应用量最大的一种SAW（surface acoustic wave ）器件，其作用是允许某一频带的信号通过，而阻止其它频带的信号通过，利用叉指换能器（IDT）制作的SAW滤波器的中心频率f是由制作材料的声表面波传播速度V和IDT电极的周期L决定的，即f＝V/L。
众所周知，金刚石是所有物质中声传播速度最快的材料，高于10000m/s，用其制作2.5GHz的高频SAW滤波器，其IDT电极可放宽至1μm，对电极制备的技术要求大大降低，此外，金刚石非常高的弹性模量，有利于声学波的高保真传输；高的导热性和优良的耐热性，还适合于大功率发射端高频滤波器等应用。这些特性使得金刚石SAW滤波器成为目前世界上重要的研究焦点之一。但是金刚石不是压电材料，自身不具有压电性，无法激发和接收表面波，需要在其表面上沉积一层压电薄膜制成多层的薄膜SAW滤波器，因此，如何在高声速材料金刚石上沉积出高c轴取向、低表面粗糙度和高电阻的压电薄膜使其能够适用于高频SAW滤波器的多层膜体系就成为当前研究的关键问题。
AlN是电绝缘体，介电性能良好，高声传播速率、低传输损耗、化学稳定性好、在短红外波段到长红外波段透过性好且吸收小以及优异的高温抗氧化性，是新兴的电器元件材料，但是由于自支撑金刚石厚膜衬底基片与AlN材料有很高的晶格适配度，如此大的晶格适配造成了很高的位错密度，将使声表面波滤波器件中的非辐射复合中心增多，限制了其内量子效率的进一步提升，不利于声波的传输，因此，如何把满足SAW器件要求的高质量AlN压电薄膜整合到金刚石厚膜上成为了亟待解决的关键技术难题。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件的制备方法，目的是通过使用有机物化学气相沉积的方法，以高质量的GAZO薄膜作为自支撑金刚石薄膜衬底和AlN薄膜之间的缓冲层，沉积制备高C轴择优取向的纳米AlN薄膜，得到性能优异的声表面波滤波器件。
实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：
（1）以自支撑金刚石膜为衬底基片，依次用丙酮、乙醇以及去离子水超声波清洗衬底基片，用氮气吹干送入气相沉积反应室；
（2）将气相沉积反应室抽真空至8.0×10-4 Pa，将基片加热至485℃，向反应室内通入流量为80-200sccm的氧气、流量为0.3-2.0sccm的三甲基铝、流量为0.5-2.0sccm的三甲基镓和流量为0.6-3.0sccm的二乙基锌，控制微波功率为600W，在衬底基片上沉积厚度为80-120nm的GAZO膜；
（3）沉积结束后停止通入三甲基铝、三甲基镓和二乙基锌，用氮气清洗气相沉积反应室，然后通入流量为0.3-2.0sccm的三甲基铝，并控制氮气流量为80-150sccm，将衬底基片进行加热至500-900℃，控制微波功率为600W，在载有GAZO膜的衬底基片上沉积800nm厚的AlN薄膜，待气相沉积反应室内降至室温时，打开沉积室，得到AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件。
本发明所述的GAZO膜是指Ga、Al共掺杂的ZnO膜。
本发明中三甲基铝反应源控制温度是26℃，三甲基镓反应源控制温度是-14.1℃。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
本发明公开了一种AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件的制备方法，在自支撑金刚石衬底上沉积制备GAZO薄膜作为压电薄膜AlN的缓冲层，可得到平整光滑、结晶度好的高C轴择优取向的优质AlN纳米膜，该薄膜结构可满足高频、高机电耦合系数、低损耗、大功率SAW器件等领域的应用需求。
本发明方法简单，工艺易于控制，本发明制备的压电薄膜器件均匀性好，声速传输性能优异，可用于制造大功率，高频率的声表面波滤波器件。
附图说明
图1是本发明方法得到的AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件的示意图；
其中：1：自支撑金刚石膜衬底基片；2：GAZO薄膜；3：AlN薄膜；
图2是本发明实施例1制备的AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件的SEM图；
图3是本发明实施例1制备的AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件的XRD图；
图4是本发明实施例1制备的AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件的反射式高能电子衍射谱RHEED测试图。
具体实施方式
本发明中所述的化学气相沉积系统即ECR-PEMOCVP系统，已经在申请号为申请号为201210247144.8的专利中公开。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
以自支撑金刚石膜为衬底基片，依次用丙酮、乙醇以及去离子水超声波清洗衬底基片，用氮气吹干送入气相沉积反应室；
将气相沉积反应室抽真空至8.0×10-4 Pa，将基片加热至485℃，向反应室内通入流量为120sccm的氧气、流量为0.3sccm的三甲基铝、流量为0.8sccm的三甲基镓和流量为1.0sccm的二乙基锌，控制微波功率为600W，在衬底基片上沉积厚度为100nm的GAZO膜；
沉积结束后停止通入三甲基铝、三甲基镓和二乙基锌，用氮气清洗气相沉积反应室，然后通入流量为0.9sccm的三甲基铝，并控制氮气流量为130sccm，将衬底基片进行加热至600℃，控制微波功率为600W，在载有GAZO膜的衬底基片上沉积800nm厚的AlN薄膜，待气相沉积反应室内降至室温时，打开沉积室，得到AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件，其结构如图1所示，SEM图如图2所示，从图中可以看出其表面形貌均较好，均方根平整度均在纳米数量级，满足器件对表面形貌的要求；其XRD图和反射式高能电子衍射谱RHEED测试图如图3和图4所示，从图中可以看出沉积制备的GAZO膜和AlN膜均呈现出高度轴择优取向，结晶质量良好；进行霍尔测试，分析其电学性能结果表明，器件呈现出高阻值性质，满足器件对阻值的要求。
实施例2
以自支撑金刚石膜为衬底基片，依次用丙酮、乙醇以及去离子水超声波清洗衬底基片，用氮气吹干送入气相沉积反应室；
将气相沉积反应室抽真空至8.0×10-4 Pa，将基片加热至485℃，向反应室内通入流量为80sccm的氧气、流量为1.0sccm的三甲基铝、流量为0.5sccm的三甲基镓和流量为0.6sccm的二乙基锌，控制微波功率为600W，在衬底基片上沉积厚度为80nm的GAZO膜；
沉积结束后停止通入三甲基铝、三甲基镓和二乙基锌，用氮气清洗气相沉积反应室，然后通入流量为0.3sccm的三甲基铝，并控制氮气流量为80sccm，将衬底基片进行加热至500℃，控制微波功率为600W，在载有GAZO膜的衬底基片上沉积800nm厚的AlN薄膜，待气相沉积反应室内降至室温时，打开沉积室，得到AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件，其结构如图1所示。
实施例3
以自支撑金刚石膜为衬底基片，依次用丙酮、乙醇以及去离子水超声波清洗衬底基片，用氮气吹干送入气相沉积反应室；
将气相沉积反应室抽真空至8.0×10-4 Pa，将基片加热至485℃，向反应室内通入流量为200sccm的氧气、流量为2.0sccm的三甲基铝、流量为2.0sccm的三甲基镓和流量为3.0sccm的二乙基锌，控制微波功率为600W，在衬底基片上沉积厚度为80nm的GAZO膜；
沉积结束后停止通入三甲基铝、三甲基镓和二乙基锌，用氮气清洗气相沉积反应室，然后通入流量为2.0sccm的三甲基铝，并控制氮气流量为150sccm，将衬底基片进行加热至900℃，控制微波功率为600W，在载有GAZO膜的衬底基片上沉积800nm厚的AlN薄膜，待气相沉积反应室内降至室温时，打开沉积室，得到AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件，其结构如图1所示。
实施例4
以自支撑金刚石膜为衬底基片，依次用丙酮、乙醇以及去离子水超声波清洗衬底基片，用氮气吹干送入气相沉积反应室；
将气相沉积反应室抽真空至8.0×10-4 Pa，将基片加热至485℃，向反应室内通入流量为150sccm的氧气、流量为1.0sccm的三甲基铝、流量为1.0sccm的三甲基镓和流量为2.0sccm的二乙基锌，控制微波功率为600W，在衬底基片上沉积厚度为80nm的GAZO膜；
沉积结束后停止通入三甲基铝、三甲基镓和二乙基锌，用氮气清洗气相沉积反应室，然后通入流量为1.5sccm的三甲基铝，并控制氮气流量为140sccm，将衬底基片进行加热至800℃，控制微波功率为600W，在载有GAZO膜的衬底基片上沉积800nm厚的AlN薄膜，待气相沉积反应室内降至室温时，打开沉积室，得到AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件，其结构如图1所示。
实施例5
以自支撑金刚石膜为衬底基片，依次用丙酮、乙醇以及去离子水超声波清洗衬底基片，用氮气吹干送入气相沉积反应室；
将气相沉积反应室抽真空至8.0×10-4 Pa，将基片加热至485℃，向反应室内通入流量为200sccm的氧气、流量为1.5sccm的三甲基铝、流量为2.0sccm的三甲基镓和流量为1.0sccm的二乙基锌，控制微波功率为600W，在衬底基片上沉积厚度为80nm的GAZO膜；
沉积结束后停止通入三甲基铝、三甲基镓和二乙基锌，用氮气清洗气相沉积反应室，然后通入流量为1.0sccm的三甲基铝，并控制氮气流量为100sccm，将衬底基片进行加热至800℃，控制微波功率为600W，在载有GAZO膜的衬底基片上沉积800nm厚的AlN薄膜，待气相沉积反应室内降至室温时，打开沉积室，得到AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件，其结构如图1所示。
Claims (1)
1.一种AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：
(1)以自支撑金刚石膜为衬底基片，依次用丙酮、乙醇以及去离子水超声波清洗衬底基片，用氮气吹干送入气相沉积反应室；
(2)将气相沉积反应室抽真空至8.0×10-4Pa，将基片加热至485℃，向反应室内通入流量为80-200sccm的氧气、流量为0.3-2.0sccm的三甲基铝、流量为0.5-2.0sccm的三甲基镓和流量为0.6-3.0sccm的二乙基锌，控制微波功率为600W，在衬底基片上沉积厚度为80-120nm的GAZO膜；所述的三甲基铝反应源控制温度是26℃，三甲基镓反应源控制温度是-14.1℃；
(3)沉积结束后停止通入三甲基铝、三甲基镓和二乙基锌，用氮气清洗气相沉积反应室，然后通入流量为0.3-2.0sccm的三甲基铝，并控制氮气流量为80-150sccm，将衬底基片进行加热至500-900℃，控制微波功率为600W，在载有GAZO膜的衬底基片上沉积800nm厚的AlN薄膜，待气相沉积反应室内降至室温时，打开沉积室，得到AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件。
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