本发明专利技术提供一种改善SAW器件压电薄膜压电系数的设计方法及得到的压电薄膜，包括步骤：(1)搭建晶胞模型，按照AlN卡片的原子位置添加，得到初级晶胞模型；(2)将搭建的初级晶胞模型扩展成超胞；(3)对超胞进行Sc原子掺杂，设置一个掺杂浓度得到掺杂后的超胞模型；(4)利用第一性原理计算Sc掺杂后的压电系数；(5)重复以上步骤，依次更换不同浓度的Sc原子掺杂，分别利用第一性原理计算Sc掺杂后的压电系数，压电系数最大的为Sc原子掺杂浓度最优值。本发明专利技术搭建模型并利用第一性原理计算，找到提升薄膜压电性能的方法，减少了实践中大量重复实验，提供了实验方向，减少实验成本。减少实验成本。减少实验成本。
【技术实现步骤摘要】
改善SAW器件压电薄膜压电系数的设计方法及压电薄膜
[0001]本专利技术属于材料计算和薄膜制备领域，具体涉及一种高性能SAW器件压电薄膜的设计方法及得到的SAW器件压电薄膜。
技术介绍
[0002]SAW器件可分为延迟线、滤波器等多种，在通讯中发挥着重要的作用。SAW器件是在压电材料上制作叉指电极(IDT)，利用材料的压电效应实现逆电信号到声信号的转换，再利用逆压电效应将压电材料中传播的声信号转换成电信号。压电材料性能的好坏，很大程度上决定了SAW器件的品质。
[0003]传统的压电材料有PZT、ZnO和AlN。其中，PZT具有最高的压电系数，但PZT有居里温度，需要额外进行极化、退火处理，而且其制作过程含Pb，与CMOS工艺不兼容，需要另寻他法。ZnO和AlN作为环保材料，但ZnO在一些场合下并不适用，比如对中心频率要求高时，ZnO需要做得比较薄，难以控制其质量。同为环保材料的AlN，可以与CMOS工艺兼容，且应用场合较广，不仅可以用于SAW器件还可用于FBAR和高温压电传感器，但是其本身压电系数较低，需要对其压电性能进行改善。
[0004]传统的薄膜制备方法依靠经验来进行，依靠大量实验和控制变量制备出具有目标性能的薄膜。本专利技术以建模和第一性原理为指导，得出Sc掺杂使得AlN压电性上升的事实，将理论结果应用于工艺的探索。第一性原理是根据原子核和电子相互作用的原理及其基本运动规律，运用量子力学原理，直接求解薛定谔方程的算法，利用硬性规则推导结论的方法，可以用来解释某些具体情况下的晶胞内发生的微观变化及计算晶胞内的一些参数。
技术实现思路
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种改善SAW器件压电薄膜压电系数的设计方法及得到的SAW器件压电薄膜。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：
[0007]一种改善SAW器件压电薄膜压电系数的设计方法，包括以下步骤：
[0008](1)搭建晶胞模型，按照AlN卡片的原子位置添加，得到初级晶胞模型1；
[0009](2)将上一步搭建的初级晶胞模型1扩展成超胞2；
[0010](3)对超胞2进行Sc原子掺杂，设置一个掺杂的浓度得到掺杂后的超胞模型3；
[0011](4)利用第一性原理计算Sc掺杂后的压电系数；
[0012](5)重复以上步骤，依次更换不同浓度的Sc原子掺杂，更换的浓度满足Sc在金属原子中的占比在50％以下；分别利用第一性原理计算Sc掺杂后的压电系数，压电系数最大的为Sc原子掺杂浓度最优值。
[0013]作为优选方式，步骤(2)中将上一步搭建的初级晶胞模型1扩展成XYZ轴2*2*2的超胞2。
[0014]作为优选方式，步骤(5)更换不同浓度的Sc原子掺杂时，按照渐变的浓度梯度更
换。
[0015]作为优选方式，压电薄膜包括α
‑
Al2O3蓝宝石衬底5，以及所述α
‑
Al2O3蓝宝石衬底5光滑面上的Sc
x
Al1‑
x
N薄膜6，两者结合的方式为磁控溅射镀膜生长，镀膜的方法为磁控溅射法。
[0016]作为优选方式，还包括如下步骤：
[0017](6)从划片α
‑
Al2O3蓝宝石晶圆4取下α
‑
Al2O3蓝宝石衬底5，使用无尘布将衬底擦拭干净，再依次用丙酮、去离子水、无水乙醇清洗，用氮气吹干后备用；
[0018](7)将真空镀膜机腔体和托盘打磨清洁后，先对靶材进行预溅射；
[0019](8)预溅射结束后开始磁控溅射，得到改善后的SAW器件压电薄膜。
[0020]作为优选方式，步骤(7)和(8)中薄膜生长所用靶材为99.99％AlSc合金靶7。
[0021]为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供一种通过上述设计方法得到的SAW器件压电薄膜。
[0022]本专利技术的有益效果为：本专利技术搭建模型并利用第一性原理计算，找到提升薄膜压电性能的方法，减少了实践中大量重复实验，提供了实验方向，减少实验成本。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例提供的一种改善SAW器件压电薄膜压电系数的设计方法的搭建晶胞模型图。
[0024]图2为本专利技术实施例提供的一种改善SAW器件压电薄膜压电系数的设计方法所用材料图。
[0025]1为初级晶胞模型，2为超胞，3为掺杂后的超胞模型，4为划片α
‑
Al2O3蓝宝石晶圆，5为α
‑
Al2O3蓝宝石衬底，6为Sc
x
Al1‑
x
N薄膜，7为99.99％AlSc合金靶。
具体实施方式
[0026]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0027]实施例1
[0028]本实施例提供一种改善SAW器件压电薄膜压电系数的设计方法，包括以下步骤：
[0029](1)搭建晶胞模型，按照AlN卡片的原子位置添加，得到初级晶胞模型1；
[0030](2)将上一步搭建的初级晶胞模型1扩展成超胞2；
[0031](3)对超胞2进行Sc原子掺杂，设置一个掺杂的浓度得到掺杂后的超胞模型3；
[0032](4)利用第一性原理计算Sc掺杂后的压电系数；
[0033](5)重复以上步骤，依次更换不同浓度的Sc原子掺杂，更换的浓度满足Sc在金属原子中的占比在50％以下；分别利用第一性原理计算Sc掺杂后的压电系数，压电系数最大的为Sc原子掺杂浓度最优值。
[0034]优选的，步骤(2)中将上一步搭建的初级晶胞模型1扩展成XYZ轴2*2*2的超胞2。
[0035]优选的，步骤(5)更换不同浓度的Sc原子掺杂时，按照渐变的浓度梯度更换。
[0036]优选的，压电薄膜包括α
‑
Al2O3蓝宝石衬底5，以及所述α
‑
Al2O3蓝宝石衬底5光滑面上的Sc
x
Al1‑
x
N薄膜6，两者结合的方式为磁控溅射镀膜生长，镀膜的方法为磁控溅射法。
[0037]实施例2
[0038]本实施例提供一种改善SAW器件压电薄膜压电系数的设计方法，包括以下步骤：
[0039](1)搭建晶胞模型，按照AlN卡片的原子位置添加，得到初级晶胞模型1；
[0040](2)将上一步搭建的初级晶胞模型1扩展成超胞2；
[0041](3)对超胞2进行Sc原子掺杂，设置一个掺杂的浓度得到掺杂后的超胞模型3；
[0042](4)利用第一性原理计算Sc掺杂后的压电系数；
[0043](5)重复以上步骤，依次更换不同浓度的Sc本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种改善SAW器件压电薄膜压电系数的设计方法，其特征在于包括以下步骤：(1)搭建晶胞模型，按照AlN卡片的原子位置添加，得到初级晶胞模型(1)；(2)将上一步搭建的初级晶胞模型(1)扩展成超胞(2)；(3)对超胞(2)进行Sc原子掺杂，设置一个掺杂的浓度得到掺杂后的超胞模型(3)；(4)利用第一性原理计算Sc掺杂后的压电系数；(5)重复以上步骤，依次更换不同浓度的Sc原子掺杂，更换的浓度满足Sc在金属原子中的占比在50％以下；分别利用第一性原理计算Sc掺杂后的压电系数，压电系数最大的为Sc原子掺杂浓度最优值。2.如权利要求1所述的一种改善SAW器件压电薄膜压电系数的设计方法，其特征在于：步骤(2)中将上一步搭建的初级晶胞模型1扩展成XYZ轴2*2*2的超胞(2)。3.如权利要求1所述的一种改善SAW器件压电薄膜压电系数的设计方法，其特征在于：步骤(5)更换不同浓度的Sc原子掺杂时，按照渐变的浓度梯度更换。4.如权利要求1所述的一种改善SAW器件压电薄膜压电系数的设计方法，其特征在于：压电薄膜包括α
...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨成韬，茹子雄，李瑶瑶，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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