氮化铝膜参数提取方法技术

本发明专利技术提出一种氮化铝膜参数提取方法，涉及材料参数提取技术领域，能够精确提取氮化铝膜的材料系数。根据本发明专利技术实施例中的氮化铝膜参数提取方法，包括：基于待测氮化铝膜制作参数提取组件；测量参数提取组件的阻抗谱，并根据阻抗谱计算得到参数提取组件中待测氮化铝膜的介电常数；测量参数提取组件的属性参量，并根据属性参量计算得出待测氮化铝膜的压电系数与弹性系数；将待测氮化铝膜的介电常数、压电系数与弹性系数进行整合，得到待测氮化铝膜的材料参数。在本发明专利技术实施例中的方法中，由于对氮化铝膜各类材料系数进行分开提取，从而能够减少积累误差，提高提取精度。提高提取精度。

【技术实现步骤摘要】
氮化铝膜参数提取方法


[0001]本专利技术涉及材料参数提取
，尤其是涉及一种取氮化铝材料系数。

技术介绍

[0002]近年来，氮化铝(AlN)薄膜因其优秀的介电常数、可在低温下沉积、可与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容等特性备受关注，以AlN薄膜为压电材料的谐振器和滤波器广泛应用于生物医疗、国防军事、环境探测、移动通讯等领域，其中AlN薄膜的材料系数对这些器件的设计和量产至关重要，AlN薄膜的材料系数包括压电系数、弹性系数与介电常数。
[0003]然而，在提取AlN薄膜的材料系数的相关技术普遍存在较大误差的情况下，其所生产的器件也将具有较大的误差。另外，随着器件尺寸的缩小，所用的AlN薄膜的尺寸也随之缩小，其材料系数矩阵也随着尺寸和采用的生长工艺的变化存在较大变化，因而更容易产生误差。因此，科研界和产业界急需一种能够精确提取AlN薄膜的材料系数的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种氮化铝膜参数提取方法，能够精确提取氮化铝膜的材料系数。
[0005]根据本专利技术实施例中的氮化铝膜参数提取方法，包括：
[0006]基于待测氮化铝膜制作参数提取组件；
[0007]测量所述参数提取组件的阻抗谱，并根据所述阻抗谱计算得到所述参数提取组件中所述待测氮化铝膜的介电常数；
[0008]测量所述参数提取组件的属性参量，并根据所述属性参量计算得出所述待测氮化铝膜的压电系数与弹性系数；
[0009]将所述待测氮化铝膜的介电常数、压电系数与弹性系数进行整合，得到所述待测氮化铝膜的材料参数。
[0010]根据本专利技术实施例的氮化铝膜参数提取方法，至少具有如下有益效果：
[0011]提取待测氮化铝膜的参数，首先要基于待测氮化铝膜制造出参数提取组件，然后对参数提取组件进行阻抗谱的测量以及属性参量的测量。然后，根据阻抗谱计算得到参数提取组件中待测氮化铝膜的介电常数，并根据属性参量计算得到参数提取组件中待测氮化铝膜的压电系数与弹性系数。最后将待测氮化铝膜的介电常数、压电系数与弹性系数进行整合，得到待测氮化铝膜的材料参数。在本专利技术实施例中的方法中，由于对氮化铝膜各类材料系数进行分开提取，从而能够减少积累误差，因此具有比较高的提取精度。
[0012]可选的，根据本专利技术的一些实施例，所述参数提取组件包括横向体声波谐振器、纵向体声波谐振器、径向体声波谐振器、厚度切变体声波谐振器和兰姆波谐振器，所述基于待测氮化铝膜制作参数提取组件，包括：
[0013]基于所述待测氮化铝膜，制作所述横向体声波谐振器、所述纵向体声波谐振器、所
述径向体声波谐振器、所述厚度切变体声波谐振器和所述兰姆波谐振器。
[0014]可选的，根据本专利技术的一些实施例，所述根据所述阻抗谱计算得到所述参数提取组件中所述待测氮化铝膜的介电常数，包括：
[0015]根据所述阻抗谱求得所述兰姆波谐振器的失谐电容
[0016]将所述兰姆波谐振器的失谐电容代入平板电容方程求出介电常数其中S为电容极板面积，d为极板间距；
[0017]将所述介电常数所述失谐电容代入公式求出介电常数其中N、W、t
e
和λ分别是所述兰姆波谐振器的叉指对数、孔径宽度、厚度和兰姆波的波长。
[0018]可选的，根据本专利技术的一些实施例，所述属性参量包括所述参数提取组件的谐振频率、反谐振频率以及所述待测氮化铝膜的密度、长度、厚度，所述测量所述参数提取组件的属性参量，根据所述属性参量计算得出所述待测氮化铝膜的压电系数与弹性系数，包括：
[0019]根据所述阻抗谱得到所述参数提取组件的谐振频率f
r
、反谐振频率f
a
，并检测所述待测氮化铝膜的密度ρ、长度L、厚度t；
[0020]根据公式计算得到所述横向体声波谐振器的机电耦合系数k
31
；
[0021]将所述k
31
、所述f
r
、所述f
a
、所述ρ和所述L代入公式求得弹性系数以及压电系数d
31
；
[0022]根据公式计算得到所述纵向体声波谐振器的机电耦合系数k
t
；
[0023]将所述k
t
、所述f
r
、所述f
a
、所述ρ和所述t代入公式、所述ρ和所述t代入公式求得弹性系数以及压电系数d
33
；
[0024]根据所述径向体声波谐振器的一阶谐振频率和二阶谐振频率的比值确定所述待测氮化铝膜的泊松比σ；
[0025]将所述泊松比σ、所述代入公式计算得出弹性系数
[0026]根据公式计算得到所述厚度切变体声波谐振器的机电耦合系数k
15
；
[0027]将所述k
15
、所述f
r
、所述f
a
、所述ρ和所述t代入公式求得弹性系数以及压电系数d
15
。
[0028]可选的，根据本专利技术的一些实施例，所述根据所述属性参量计算得出所述待测氮
化铝膜的压电系数与弹性系数，还包括：
[0029]将所述f
r
、所述λ代入公式v＝f
r
λ，求出所述兰姆波谐振器中的实测波速v；
[0030]将所述弹性系数所述弹性系数所述弹性系数所述弹性系数所述压电系数d
15
、所述压电系数d
33
、所述压电系数d
31
、所述介电常数所述介电常数代入所述兰姆波谐振器的压电方程、麦克斯韦方程以及弹性动力学方程，求得波速计算值v0；
[0031]将所述波速计算值v0与所述实测波速v进行比较，求得波速差值；
[0032]当所述波速差值小于或者等于预设误差值，得到与所述波速计算值v0对应的弹性系数
[0033]可选的，根据本专利技术的一些实施例，当所述波速差值大于所述预设误差值，根据所述波速差值调整与所述波速计算值v0对应的弹性系数
[0034]将调整后的所述弹性系数所述兰姆波谐振器的压电方程、麦克斯韦方程以及弹性动力学方程，更新所述波速计算值。
[0035]可选的，根据本专利技术的一些实施例，将所述弹性系数所述弹性系数所述弹性系数所述弹性系数所述弹性系数进行整合，生成所述材料参数中的弹性系数矩阵其中i表示应力方向、j表示应变方向；
[0036]将所述压电系数d
15
、所述压电系数d
33
、所述压电系数d
31
进行整合，生成所述材料参数中的压电应变系数矩阵其中m表示电场方向；
[0037]将所述介电常数所述介电常数进行整合，生成所述材料参数中的介电常数矩阵其中n表示电位移方向。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化铝膜参数提取方法，其特征在于，包括：基于待测氮化铝膜制作参数提取组件；测量所述参数提取组件的阻抗谱；根据所述阻抗谱计算得到所述待测氮化铝膜的介电常数；测量所述参数提取组件的属性参量，并根据所述属性参量计算得出所述待测氮化铝膜的压电系数与弹性系数；根据所述待测氮化铝膜的介电常数、压电系数与弹性系数，得到所述待测氮化铝膜的材料参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数提取组件包括兰姆波谐振器，所述根据所述阻抗谱计算得到所述参数提取组件中所述待测氮化铝膜的介电常数，包括：根据所述阻抗谱，获取所述兰姆波谐振器的失谐电容将所述兰姆波谐振器的失谐电容代入平板电容方程求出介电常数其中S为电容极板面积，d为极板间距；将所述介电常数所述失谐电容代入公式求出介电常数其中N、W、t
e
和λ分别是所述兰姆波谐振器的叉指对数、孔径宽度、厚度和兰姆波的波长。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参数提取组件还包括横向体声波谐振器、纵向体声波谐振器、径向体声波谐振器、厚度切变体声波谐振器，所述属性参量包括所述参数提取组件的谐振频率、反谐振频率以及所述待测氮化铝膜的密度、长度、厚度，所述测量所述参数提取组件的属性参量，根据所述属性参量计算得出所述待测氮化铝膜的压电系数与弹性系数，包括：根据所述阻抗谱得到所述参数提取组件的谐振频率f
r
、反谐振频率f
a
，并检测所述待测氮化铝膜的密度ρ、长度L、厚度t；根据公式计算得到所述横向体声波谐振器的机电耦合系数k
31
；将所述k
31
、所述f
r
、所述f
a
、所述ρ和所述L代入公式求得弹性系数以及压电系数d
31
；根据公式计算得到所述纵向体声波谐振器的机电耦合系数k
t
；将所述k
t
、所述f
r
、所述f
a
、所述ρ和所述t代入公式、所述ρ和所述t代入公式求得弹性系数以及压电系数d
33
；根据所述径向体声波谐振器的一阶谐振频率和二阶谐振频率的比值确定所述待测氮化铝膜的泊松比σ；将所述泊松比σ、所述代入公式计算得出弹性系数
根据公式计算得到所述厚度切变体声波谐振器的机电耦合系数k
15
；将所述k
15
、所述f
r
、所述f
a
、所述ρ和所述t代入公式、所述ρ和所述t代入公式求得弹性系数以及压电系数d
15
。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王郴，马盛林，金玉丰，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：