布喇格反射型宽带单晶薄膜体声波滤波器

该文研究了一种新型布喇格反射型薄膜体声波(BAW)滤波器的设计方法与制备技术。BAW器件选择机电耦合系数较大的Y43°-铌酸锂(Y43°-LN)单晶薄膜作为压电层材料,并以苯并环丁烯(BCB)作为晶圆键合层,采用离子注入剥离法将亚微米厚度的Y43°-LN单晶薄膜转移至具有布喇格反射层的衬底。BCB既作为键合层,也作为布喇格反射层的第一低声阻抗层,实现了单晶BAW滤波器的制备。设计并制备了三阶BAW滤波器,中心频率为2.93 GHz,绝对带宽和分数带宽分别为247 MHz和8.4%。结果表明,采用薄膜转移技术制备的高机电耦合系数LN单晶薄膜能够实现大带宽BAW滤波器的制备。     

低能Ar+刻蚀时间对抛光单晶LiNbO3薄膜忆阻器的影响

调节低能Ar+刻蚀对单晶LiNbO3(LN)的刻蚀时间,制备了不同LN厚度的单晶薄膜忆阻器。利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和电子顺磁共振(EPR)对器件的微观形貌与表面氧空位进行了表征。通过电流-电压曲线(IV曲线)、数据保持特性(Retention)和抗疲劳特性(Endurance)的测试,探究了刻蚀时长对器件电学行为的影响。结果表明,随刻蚀时间增加,器件表面光滑均匀,氧空位浓度增加,电形成电压显著降低。同时,尽管LN薄膜厚度减小后,器件的开关比(On/Off)略有降低,但其具有更好的数据保持特性。该方法适用于对由离子注入剥离法制备的单晶薄膜进行改性,以调控其阻变特性,使之可在高密度存储、神经形态计算等领域得到应用。     

基于晶圆减薄工艺的LT减薄片制备

声表面波(SAW)滤波器因其小型化、低插损及高品质因数(Q)值等性能,已广泛应用于移动通信系统中。钽酸锂(LT)/SiO₂/Si结构克服了传统温度补偿型声表面波(TC-SAW)器件制备工艺难的问题,但需减薄该结构上的LT厚度,而减薄过程会导致晶圆表面有损伤残留,影响器件性能。针对这个问题,该文开展了基于减薄与抛光制备LT减薄片的工艺研究,分析了砂轮目数、砂轮与工作台转速、砂轮进给率等减薄参数对LT晶圆表面损伤的影响,以及抛光压力对损伤的去除效果。研究结果表明,在优化的工艺参数下,减薄抛光后晶圆表面粗糙度为0.187 nm,损伤深度小于1 nm,减薄片制备的TC-SAW谐振器的阻抗图和Smith圆图表明晶圆性能和一致性良好。     

单晶薄膜体声波谐振器频率温度特性研究

采用离子注入剥离法转移制备了43°Y 切铌酸锂(LiNbO3,LN)单晶压电薄膜材料,以SiO2/Mo作为声反射结构制备了固态声反射型薄膜体声波器件。谐振器工作频率约为3 GHz,LN薄膜等效机电耦合系数达到14.15%。对谐振器的频率温度特性进行了表征,结果表明,尽管LN单晶的频率温度系数为(-70~-90)×10-6/℃,但由于声反射结构中包含有正温度系数的SiO2层,谐振器的频率温度系数降至-18×10-6/℃,这表明固态声反射结构能够有效抑制单晶LN薄膜的温漂,获得低频率温度系数的谐振器器件。     

离子注入剥离铌酸锂单晶薄膜的Ar+刻蚀研究

通过高能离子注入剥离制备的铌酸锂(LNO)单晶薄膜具备优良的电光、声光等性能,在射频器件、光波导等领域需求迫切。高能离子注入使LNO单晶薄膜表面存在损伤层,导致薄膜质量和器件性能的衰减。该文提出了Ar+刻蚀去除LNO单晶薄膜损伤层的方法,基于高能离子注入仿真,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜分析了刻蚀参数对刻蚀速率、表面形貌的影响,并确定了LNO薄膜损伤层的刻蚀工艺参数。X线衍射分析表明,通过Ar+刻蚀将LNO薄膜摇摆曲线半高宽减至接近注入前LNO单晶材料,压电力显微镜测试表明去除损伤层后的LNO单晶薄膜具备更一致的压电响应。     

I.H.P.SAW谐振器孔径对性能的影响

该文研究了在超高性能声表面波(I.H.P. SAW)衬底上,孔径总长对叉指末端具有能够抑制横向模态的小锤结构的谐振器性能。在衬底结构为Y 42°-钽酸锂(Y42°-LT)/SiO₂/多晶硅(Poly-Si)/Si上,通过建立对应的有限元三维仿真模型,初步得出在小锤结构下孔径总长的增大能够抑制横向模态杂散的结论。绘制了周期T为1.44μm、2μm、2.56μm下,孔径总长为7.5T、10T、15T、20T、25T、32.5T、40T的单端口谐振器版图并进行流片。通过实测结果表明,在不同周期下,随着孔径总长的不断增加,对谐振器横向模态的抑制会不断增强,机电耦合系数也不断增加,在孔径总长约为20T时阻抗比最高。仿真和实测结果体现了孔径总长对I.H.P. SAW谐振器的性能影响较大,为应用于I.H.P. SAW滤波器中的高性能谐振器提供了设计指导。     

单晶铌酸锂薄膜的转移制备技术研究

以苯并环丁烯(Benzocyclobutene,BCB)作为键合层,采用离子注入剥离技术制备了Y36切型的单晶铌酸锂薄膜材料。经过对BCB键合层的前烘时间和退火曲线进行系统的研究,克服了由于铌酸锂和BCB之间热膨胀系数不匹配所导致的铌酸锂薄膜开裂问题,获得了高质量的Y36切型单晶铌酸锂薄膜材料。此外,通过在晶圆键合之前预先制备图形化的金属层,获得了带有下电极功能层的单晶铌酸锂薄膜,可应用于薄膜体声波谐振器等具有金属-绝缘层-金属结构的器件。     

单端口声表面波谐振器在片去嵌方法分析

为了准确地设计声表滤波器,需要从参考声表面波(SAW)谐振器的测量值中提取精确的材料参数。测量SAW谐振器时,单个谐振器无法直接进行测试,需要引出传输线并使用GSG或GS探针进行测量,消除传输线影响的去嵌入过程对于SAW谐振器材料参数的准确提取非常重要。该文介绍了几种声表面波谐振器的去嵌入技术,包括Open-Short算法、电磁仿真方法、分段等效电路模型方法、集总参数等效电路法。通过实例验证了几种常用的去嵌方法并对其进行了分析。     

基于混合气体活化的硅基钽酸锂晶圆键合研究

集成在硅基衬底上的钽酸锂薄膜在新型声学器件上具有重要应用，等离子体活化键合是其主要的集成方式，相关研究报道众多但仍缺乏对等离子体活化工艺的深入研究。本文研究了LT和Si衬底晶圆在不同活化气氛、频率和时间下的亲水性接触角变化情况，探索了一套可以显著提高键合强度的活化参数。研究结果发现，对晶圆表面采用N₂加O₂混合活化60 s后，LT和Si衬底晶圆亲水性接触角达到最小值，分别为4.244°和3.859°。键合后用SEM扫描了样片的横截面，发现键合质量良好。最后对比了用O₂、N₂和Ar活化60 s,以及N₂加O₂混合活化60 s后键合片的键合强度，发现混合气体活化后键合强度最大，达到了9.05 MPa。