提高SMR器件的回波损耗和Q值的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高SMR器件的回波损耗和Q值的方法，通过改变磁控溅射功率密度实现布拉格层中高声阻抗层钨薄膜的相变，从而提高钨薄膜的声阻抗，进而提高布拉格层反射器的声波反射率的方法；除此之外，钨薄膜的相变改变了布拉格层中的应力水平，经过应力的传递，优化了生长在布拉格层上的ZnO压电薄膜的(002)织构，从而得到了谐振特性优良的SMR器件，极大地提升了SMR器件的品质因子Q值。提供了一种通过布拉格层中薄膜的相变来优化SMR器件的谐振特性的新方法，本发明专利技术方法有望为提高SMR器件性能提供新的途径。本发明专利技术制备方法简便，易于操作，成本低。

【技术实现步骤摘要】
提高SMR器件的回波损耗和Q值的方法
本专利技术涉及一种SMR器件的制备方法，特别是涉及一种提高SMR器件的谐振性能的方法，应用于PVD真空镀膜和固贴式谐振器(SMR)器件制备

技术介绍
随着无线通信系统多功能化的快速发展，射频技术在无线通信等领域发挥了巨大的作用，对射频器件微型化、低功耗、低成本和高性能的要求越来越高。传统的射频器件主要是陶瓷滤波器和声表面波(SAW)滤波器，前者由于体积大不能满足移动终端的小型化发展；后者虽然体积小，但由于光刻工艺的限制其谐振频率无法进一步提高；因此两者均无法满足现在的通信需求。而新的射频器件—薄膜体声波谐振器(FBAR)，与SAW器件相比，FBAR具有体积小(μm级)、谐振频率高(GHz)、品质因数高、功耗低和性能稳定等特点，对无线通信系统具有良好的适应性，正在逐渐取代传统的陶瓷和SAW滤波器，在无线通信领域中发挥着越来越重要的作用。基于薄膜技术，FBAR器件主要分为三类：空气隙型，背空腔型和固贴式体声波谐振器。空气隙型和背空腔型是通过表面或整体微机械加工来蚀刻空气凹槽或空腔，形成自由界面，这种结构的底电极不能和基板直接接触，因而在外力作用下极易损坏。固贴式谐振器(SMR)是纽厄尔(Newell)于1965年推出的，SMR中除了呈三明治结构的上下电极和压电薄膜，还有用于反射声波的布拉格层反射器，该反射器由厚度为四分之一波长(λ/4)的高声阻抗材料和低声阻抗材料交替排列而成。薄膜钨通常是布拉格层反射器中高声阻抗层的材料。钨薄膜具有两个不同的相：A15结构的亚稳相(β-W)和体心立方结构的稳定相(α-W)。关于两种钨结构的制备条件、微观结构、电阻率和应力的研究很多，但是关于两种不同结构的钨膜的声阻抗的研究很少。α-W和β-W具有不同的晶体结构和氧含量，并可能具有不同的声阻抗，通过磁控溅射制备两种相的钨薄膜，它们对SMR性能的影响应该有所不同，这个问题在过去的研究中被忽略了，这样会造成在SMR器件的制作过程当中出现一些不必要的困难。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种提高SMR器件的回波损耗和Q值的方法，解决国内现有的SMR回波损耗偏低，Q值不理想的现状。运用低功率密度的磁控溅射镀膜技术沉积α-W薄膜，并将其应用于SMR器件工艺。本专利技术通过改变溅射功率密度来改变布拉格层中高声阻抗层钨薄膜的相结构，进而改善SMR器件的谐振性能，有望为提高SMR器件性能提供新的途径。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下专利技术构思：本专利技术通过改变溅射条件、退火条件使钨薄膜发生相变，并通过相变来改变钨的声阻抗；通过改变布拉格层反射器中的高声阻抗层钨薄膜的相结构，优化沉积在布拉格层反射器上的ZnO压电薄膜的(002)织构；通过改变SMR器件的布拉格层反射器中的钨薄膜的相结构，优化SMR谐振器的谐振特性，提高器件的回波损耗和品质因子Q值，从而使SMR器件的谐振性能获得综合提升。根据上述专利技术构思，本专利技术采用如下技术方案：一种提高SMR器件的回波损耗和Q值的方法，其步骤如下：a.清洗基底：采用超声波清洗6步法，将镜面抛光级的单晶Si(100)基板依次放入乙醇、丙酮、乙醇、去离子水中，各超声清洗步骤不超过10分钟，然后将硅基板放入质量百分比浓度不低于5％的HF溶液中浸泡至少1分钟，再放入去离子水中超声清洗至少10分钟，最后用氮气从硅基板的中心缓慢地向四周吹，直到将基板表面的水珠完全吹尽，得到洁净干燥的基底；b.制备α-W布拉格层：将经过所述步骤a清洗干燥后的基板放于真空室中，分别用DC和MF的磁控溅射镀膜方式，将钨和SiO2薄膜交替地沉积到清洗好的硅基板表面上；当进行钨薄膜层制备时，控制钨薄膜的溅射功率密度不高于1.5W/cm2；其中，所制备的钨薄膜层为体心立方结构的稳定相α-W；c.溅射制备底电极Ti：继续沉积厚度不超过120nm的Ti底电极；d.溅射制备薄膜ZnO：在α-W布拉格层的Ti底电极上继续溅射ZnO压电薄膜，功率密度不高于6.6W/cm2；e.制作SMR器件：溅射顶电极Al薄膜层，然后经过后续的MEMS加工，制成α-WSMR器件。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤a中，利用超声波清洗6步法将基板清洗40～60分钟，然后用氮气枪吹干。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤b中，将经过所述步骤a清洗干燥后的基板转移至真空镀膜机真空室内，用铜片固定在样品架上面，抽真空直至腔内真空不大于5.0×10-3Pa；当进行钨薄膜层制备时，腔内通入氩气使溅射气压达到不高于0.52Pa，然后开启钨靶电源，使功率密度不高于1.5W/cm2，控制转架公转速度不低于20r/min，制备每层钨薄膜层厚度不低于570nm；当进行SiO2薄膜层制备时，腔内同时通入氩气和氧气使溅射气压达到不低于0.64Pa，使氩气与氮气的体积比例为3:1，开启硅靶电源，控制占空比为70％，功率密度不低于4.3W/cm2，转架公转速度不低于20r/min，制备每层SiO2薄膜厚度不低于660nm；交替沉积钨薄膜层和SiO2薄膜层，直至至少第6层的SiO2薄膜沉积完成，则完成α-W布拉格层的制备过程。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤b中，当进行钨薄膜层制备时，控制功率密度为1.0-1.5W/cm2，制备每层钨薄膜层厚度为570-580nm。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤b中，当进行SiO2薄膜层制备时，制备每层SiO2薄膜厚度为660-690nm。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤d中，所制备的ZnO压电薄膜具有(002)织构。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤d中制备ZnO薄膜时，在α-W布拉格层反射器上面的Ti底电极上继续制备ZnO薄膜，制备条件如下：本体真空度不低于5×10-4Pa，通入氩气使溅射气压达到不低于0.96Pa，采用射频电源，功率密度不低于6.6W/cm2，所制备的ZnO薄膜厚度不高于1.1μm。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤b中，通过改变溅射条件、退火条件使钨薄膜发生相变，并通过相变来改变钨薄膜的声阻抗。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤b中，通过调整溅射工艺，改变钨薄膜的含氧量，使钨薄膜发生相变，从而改变钨薄膜的声阻抗。作为本专利技术优选的技术方案，通过调控布拉格层中钨薄膜的相变，改变布拉格层反射器的内应力水平，并通过非晶的SiO2和Ti薄膜，将应力传递给ZnO压电薄膜，调控ZnO的(002)织构。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本专利技术方法通过改变SMR器件的布拉格层反射器中的钨薄膜的相结构，优化SMR谐振器的谐振特性，提高器件的回波损耗和品质因子Q值，从而使SMR器件的的谐振性能获得综合提升；探究了钨薄膜随制备条件变化的相变规律，避免了在SMR制作过程中由于制备条件不当而造成的器件性能差的问题；2.本专利技术用纳米压痕的方法间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高SMR器件的回波损耗和Q值的方法，其特征在于，其步骤如下：/na.清洗基底：/n采用超声波清洗6步法，将镜面抛光级的单晶Si(100)基板依次放入乙醇、丙酮、乙醇、去离子水中，各超声清洗步骤不超过10分钟，然后将硅基板放入质量百分比浓度不低于5％的HF溶液中浸泡至少1分钟，再放入去离子水中超声清洗至少10分钟，最后用氮气从硅基板的中心缓慢地向四周吹，直到将基板表面的水珠完全吹尽，得到洁净干燥的基底；/nb.制备α-W布拉格层：/n将经过所述步骤a清洗干燥后的基板放于真空室中，分别用DC和MF的磁控溅射镀膜方式，将钨和SiO

【技术特征摘要】
1.一种提高SMR器件的回波损耗和Q值的方法，其特征在于，其步骤如下：
a.清洗基底：
采用超声波清洗6步法，将镜面抛光级的单晶Si(100)基板依次放入乙醇、丙酮、乙醇、去离子水中，各超声清洗步骤不超过10分钟，然后将硅基板放入质量百分比浓度不低于5％的HF溶液中浸泡至少1分钟，再放入去离子水中超声清洗至少10分钟，最后用氮气从硅基板的中心缓慢地向四周吹，直到将基板表面的水珠完全吹尽，得到洁净干燥的基底；
b.制备α-W布拉格层：
将经过所述步骤a清洗干燥后的基板放于真空室中，分别用DC和MF的磁控溅射镀膜方式，将钨和SiO2薄膜交替地沉积到清洗好的硅基板表面上；当进行钨薄膜层制备时，控制钨薄膜的溅射功率密度不高于1.5W/cm2；其中，所制备的钨薄膜层为体心立方结构的稳定相α-W；
c.溅射制备底电极Ti：
继续沉积不超过120nm的Ti底电极；
d.溅射制备薄膜ZnO：
在α-W布拉格层的Ti底电极上继续溅射ZnO压电薄膜，功率密度不高于6.6W/cm2；
e.制作SMR器件：
溅射顶电极Al薄膜层，然后经过后续的MEMS加工，制成α-WSMR器件。


2.根据权利要求1所述提高SMR器件的回波损耗和Q值的方法，其特征在于：在所述步骤a中，利用超声波清洗6步法将基板清洗40～60分钟，然后用氮气枪吹干。


3.根据权利要求1所述提高SMR器件的回波损耗和Q值的方法，其特征在于：在所述步骤b中，将经过所述步骤a清洗干燥后的基板转移至真空镀膜机真空室内，用铜片固定在样品架上面，抽真空直至腔内真空不大于5.0×10-3Pa；
当进行钨薄膜层制备时，腔内通入氩气使溅射气压达到不高于0.52Pa，然后开启钨靶电源，使功率密度不高于1.5W/cm2，控制转架公转速度不低于20r/min，制备每层钨薄膜层厚度不低于570nm；
当进行SiO2薄膜层制备时，腔内同时通入氩气和氧气使溅射气压达到不低于0.64Pa，使氩气与氮气的体积比例为3:1，开启硅靶电源，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈益钢，刘千慧，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31