CN1645744A - 金刚石声表面波器件多层薄膜结构的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于声表面波器件制造技术的一种金刚石声表面波器件多层薄膜结构的制造方法。是在金刚石薄膜(或单晶)表面先光刻显影SAW器件图形，在图形的部位用离子注入方法注入第IIIA族元素或第VA族之一的元素，然后，在注入离子后的金刚石表面沉积多晶ZnO薄膜，最后，去除光刻胶，得到换能器图形。此方法通过注入离子使金刚石表面电阻率大大降低，导电能力极大增强，从而替代原有的沉积导电薄膜。不需要沉积Al薄膜，也不需要刻蚀过程。因此，操作大大简化，同时器件的抗功率承受力也极大增强。本方法不需要沉积导电薄膜，也不需要刻蚀过程，因而制备工艺大大简化。
Description
技术领域
本发明属于声表面波器件制造技术，特别涉及金刚石声表面波器件多层薄膜结构的制造方法。
背景技术
随着第三代通讯技术的发展，声表面波(SAW)器件的使用频率不断提高。声表面波(SAW)器件向高频、高性能的发展，由两方面决定：一是器件的叉指换能器线条向更微细化方向发展，二是器件材料的SAW声速向更高方向发展。器件线条的微细化虽然可以直接提高器件的工作频率，但正是线条的微细化，导致其阻抗增大，从而直接导致其承受功率能力急剧下降；同时，器件线条的微细化使工艺难度大大增加。为此，在现有工艺条件下提高器件工作频率、增强其功率承受能力的唯一途径就是寻找具有更高声速的SAW压电材料。金刚石由于具有非常高的弹性模量，使其在所有材料中具有最高的声速和许多优于其它材料的特性。其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的应用。因此，以金刚石为基底的声表面波器件受到了越来越多的关注，成为研究热点。由于金刚石本身并不是压电材料，无法激发出声表面波，因此需要在其上面沉积一层压电薄膜制成多层的薄膜声表面波器件。在高声速金刚石上沉积压电薄膜将激励出高速的声表面波，从而制作出工作在GHz级以上高频波段的薄膜SAW器件。如图1所示，金刚石声表面波器件根据IDT与压电薄膜的相对位置不同主要有以下四种结构(如图1所示)。
其中，层A为ZnO、LiNbO3或LiTaO3等压电薄膜，层B为金刚石薄膜，层C为Si衬底，D是铝叉指换能器，E是短路金属层。由IDT与压电薄膜的相对位置不同形成不同的结构。在这些多层结构中，声表面波传输特性是由压电薄膜和金刚石薄膜衬底的特性共同决定。
存在的问题：目前使用的这些结构，只是IDT与压电薄膜的相对位置不同，每一种结构都必须沉积导电薄膜(D)，并将导电薄膜光刻为叉指换能器。因此，工艺复杂。每一步工艺的好坏都直接影响到高频SAW器件的性能。另一方面，目前广泛使用的导电薄膜铝由于自扩散系数高，在高功率下Al电极处容易断路或短路而使器件失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种金刚石声表面波器件多层薄膜结构的制造方法。其特征在于：该方法为：在金刚石薄膜(或单晶)表面先光刻显影SAW器件图形，在图形的部位用离子注入方法注入第IIIA或第VA族之一的元素，然后，在注入离子后的金刚石表面沉积多晶ZnO薄膜，最后，去除光刻胶，得到换能器图形。
所述第IIIA族元素或第VA族之一的元素为B、Al、N或Si。
本发明的有益效果是此方法通过注入离子使金刚石表面电阻率大大降低，导电能力极大增强，从而替代原有的沉积导电薄膜。不需要沉积Al薄膜，也不需要刻蚀过程。因此，操作大大简化，同时器件的抗功率承受力也极大增强。本方法不需要沉积导电薄膜，也不需要刻蚀过程，因而制备工艺大大简化。
附图说明
图1为金刚石声表面波器件根据IDT与压电薄膜的相对位置不同的四种结构示意图。其中：A为ZnO、LiNbO3或LiTaO3等压电薄膜，B为金刚石薄膜，C为Si衬底，D是铝叉指换能器，E是短路金属层。
图2为本发明中金刚石高频声表而波器件多层薄膜的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种金刚石声表面波器件多层薄膜结构的制造方法。在图1中，A为ZnO、LiNbO3或LiTaO3等压电薄膜，B为金刚石薄膜，C为Si衬底，D是铝叉指换能器，E是短路金属层。本发明为了克服现有技术中因IDT与压电薄膜的相对位置不同的每一种结构的金刚石声表面波器件都必须沉积导电薄膜，并将导电薄膜光刻为叉指换能器的复杂工艺；并且导电薄膜铝由于自扩散系数高，在高功率下Al电极处容易断路或短路而使器件失效的缺陷。本发明方法为：在金刚石薄膜(或单晶)表面先光刻显影SAW器件图形，在图形的部位用离子注入方法注入第IIIA族或第VA族之一的元素为B、Al、N、Si等。然后，在注入离子后的金刚石表面沉积多晶ZnO薄膜，最后，去除光刻胶，得到换能器图形(如图2所示)。具体制备工艺步骤如下：
1)在金刚石薄膜2或单晶基片1上直接涂覆光刻胶。金刚石膜衬底的厚度满足：KHDia＞4.0(K＝2π/λ为波矢，HDia为金刚石的厚度)。
2)光刻(或电子束直写)换能器图形，将无图形的部位用光刻胶覆盖，图形部位显影后裸露在外。
3)将裸露的图形部位用离子注入方法注入第IIIA(如B、Al)族或第VA(如N、Si)族之一的元素层3，将金刚石表面改性。注入离子后的金刚石表面电阻率大大降低，导电能力增强，此表层将起导电薄膜的作用。
4)沉积压电薄膜4，如ZnO、LiNbO3或LiTaO3等，可以用射频法，也可采用直流磁控方法。压电薄膜厚度满足：1＞KHZnO＞0.5(K＝2π/λ为波矢，HZnO为氧化锌的厚度)。
5)去除光刻胶，则换能器图形被制备在金刚石上。
Claims (2)
1.一种金刚石声表面波器件多层薄膜结构的制造方法，其特征在于：该方法是在金刚石薄膜(或单晶)表面先光刻显影SAW器件图形，在图形的部位用离子注入方法注入第IIIA或第VA族之一的元素，然后，在注入离子后的金刚石表面沉积多晶ZnO薄膜，最后，去除光刻胶，得到换能器图形。
2.根据权利要求1所述金刚石声表面波器件多层薄膜结构的制造方法，其特征在于：所述第IIIA族或第VA族元素为B、Al、N或Si之一。
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