零温度系数ZnO/玻璃结构声表面波带通滤波器

为了实现低成本和温度稳定的声表面波带通滤波器,研究了沉积在硼硅酸玻璃上5—10μm厚的氧化锌(ZnO)膜层.讨论了生长ZnO膜采用的溅射方法,同时给出不同膜厚的声学和热特性的测量结果,高的耦合系数(10%)和十分好的温度稳定性(一阶温度系数为零,二阶温度系数为1×10~(-8)/℃~2).此外,在ZnO/玻璃结构上制成了工作频率约为110MHz,1dB相对带宽为8%的带通滤波器.这些结果证实,用这种新的压电基片制成的滤波器的性能比用ST切石英基片为好.     

R.F.平面磁控溅射ZnO压电薄膜的特性

用高淀积速率R.F.平面磁控溅射已制备出具有极好结晶取向和表面平整度的ZnO压电薄膜.通过X-射线衍射,扫描电子显微镜,反射式电子衍射,光测量和机电测量对这些薄膜进行了详细的研究.薄膜c-轴垂直于基片.c-轴取向的标准偏离角σ小于0.5°,σ的最小值为0.35°,溅射条件为气压5×10~(-3)毛-3×10~(-2)毛(予先混合好的Ar50% O_250%),基片温度300—350℃.厚度达48微米的ZnO薄膜已重复制得,膜的质量和平整度没有下降.这些薄膜表面的平整度类似于玻璃基片.对He-Ne6328埃线TE_0模来说,4.2微米厚薄膜的光波导损耗低至2.0分贝/厘米,溅射后不需要处理.在叉指换能器(IDT)/ZnO/玻璃和ZnO/IDT/玻璃结构两种情况下,有效表面波耦合系数大于ZnO/玻璃结构理论值的95%.     

高频用的ZnO薄膜表面波器件

研究了表面波器件用的薄膜材料及其在甚高频-超高频带上的应用,结果证明ZnO薄膜是最佳的簿膜材料.这些薄膜是采用射频溅射法制作的.在这种情况下,形成在玻璃基片上的C轴取向的多晶膜,温度系数为15×10~(-6)/℃以下,可在300兆赫以下的频率范围内作成温度稳定性好的表面波器件.另一方面,在蓝宝石基片上外延生长的ZnO单晶膜的相速度是6,500—10,000米/秒,而这种速度在块状单晶体内是不能得到的,并且已证明这种膜能有效地使用到千兆赫频带以上的高频范围.本文着重叙述关于使用这些薄膜制作的甚高频-超高频频带的表面波带通滤波器、谐振器、振荡器等的工作特性与薄膜材料特性相比较的结果.     

在兰宝石上射频溅射ZnO单晶薄膜的结构及SAW特性

用射频溅射法已在兰宝石的(O001)和(0112)面上外延生长了ZnO单晶薄膜.研究了这些薄膜的晶体结构和电特性.对兰宝石(0112)面上沿ZnO薄膜C轴传播的SAW测量了包括相速度,耦合系数,传播损耗及延迟温度系数等声表面波(SAW)特性.通过中心频率为1050兆赫的滤波器证明了这种结构对于高频SAW器件的可用性.     

聚二甲基硅氧烷薄膜对声表面波传播特性影响

研究了压电基片上聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜对声表面波(SAW)传播特性影响。在128°YXLiNbO3压电基片上光刻叉指换能器(IDT),其声传播路径上涂覆PDMS薄膜,IDT激发的SAW加热PDMS薄膜上石蜡油微流体,并测量不同PDMS薄膜厚度时石蜡油微流体的温度,进而计算薄膜对SAW的衰减量。实验结果和理论计算表明,压电基片上涂覆PDMS薄膜将衰减辐射入石蜡油微流体的声表面波强度,衰减幅度随基片上PDMS薄膜厚度的增加而增加。当压电基片上涂覆的PDMS薄膜厚度为100μm和150μm时,薄膜对SAW衰减量分别为23.3%和36.0%。     

Ta_2O_5薄膜的淀积及其在SAW器件中的应用

用反应性直流二极溅射法在熔融石英基片上淀积了Ta_2O_5结晶薄膜。研究了Ta_2O_5薄膜的晶状结构和压电性能。测量了在熔融石英基片上的Ta_2O_5薄膜中传播的SAW的特性,其中包括:相速度、耦合系数、延迟温度系数和传输损耗。当hk=1.6时,耦合系数K~2为0.7％;当hk=1.78时,一阶延时温度系数为零。     

激励剪切振动模式的ZnO压电薄膜的研制

本文介绍用于激励剪切振动模式的ZnO压电薄膜的制备方法、性能及应用前景.采用辅助阳极环,改变基片角度等的RF平面磁控溅射技术,在低气压、高速率的溅射条件下,制备出了c轴偏离基片法线40°,声速为2830m/s,机电耦合系数达到29—32%的ZnO压电薄膜.为制作微波复合谐振器和微波声换能器提供了性能优良的新型压电薄膜材料.     

基片温度对金刚石上沉积ZnO薄膜特性的影响

采用磁控溅射在自持CVD金刚石厚膜的成核面上制备了ZnO薄膜,并实验研究了其生长特性和发光特性随温度的变化情况.利用X射线衍射(XRD)仪,光致发光(PL)谱,电子探针(EPMA)和霍尔测量系统对样品进行了检测.SEM结果表明,基片温度为600℃时ZnO薄膜表面粗糙度最低.而PL谱表明基片温度为750℃时ZnO薄膜具有最优的光学性能,此时由EPMA测得的薄膜中Zn/O成分比接近ZnO的化学计量比.霍尔测量表明,样品均呈现出高阻状态,满足声表面波滤波器的制备条件.     

Al薄膜对(002)ZnO/Al/Si结构基片中ZnO薄膜特性影响的实验研究

采用射频磁控溅射法沉积制备了(002)ZnO/A l/Si复合结构。研究了Al薄膜对(002) ZnO/Al/Si复合结构的声表面波器件(SAWD)基片性能影响以及当ZnO 薄膜厚度一定时的Al膜最佳厚度。采用X射线衍射(XRD)对Al和ZnO薄膜进行了结构表征 ,采用 扫描电镜(SEM)对ZnO薄膜进行表面形貌表征,并从薄膜生长机理角度进行了分析。结果 表明,加Al薄膜有利于ZnO薄膜按(002)择优取向生长,并且ZnO 薄膜的结晶性能提高;与(002)ZnO/Si结构基片相比,当Al薄膜 厚为100nm时,(002)ZnO/Al/Si结构中ZnO薄 膜的机电耦合系数提高 了65%。     

多层微结构声表面波温补滤波器仿真设计

声表面波滤波器(SAWF)工作频率在宽温度范围内高度稳定是电子系统频谱控制的关键。已成为当前SAWF发展的主要技术方向。该文提出了基于多层微结构压电材料的的SAWF温度补偿技术方案,实现了基于钽酸锂(LT)压电基片上的温度补偿SAWF设计、仿真,并获得了满意的实验结果。基于LT/Si复合片法实现的SAWF频率温度系数在全温范围(-55~+85℃)内达到25×10~(-6)/℃;基于SiO_2/LT薄膜补偿法实现的SAWF频率温度系数在全温范围(-55~+85℃)内小于10×10~(-6)/℃。研制的温度补偿声表面波滤波器(TC-SAWF)达到要求,已在系统中得到应用。     

基于磁致伸缩效应的声表面波电流传感器研究

该文设计制作了一种基于磁致伸缩效应的声表面波(SAW)电流传感器,采用了磁致伸缩铁钴合金(FeCo)薄膜,并对其性能进行实验研究。传感器采用双通道300 MHz声表面波延迟线型振荡器结构,以128°YXLiNbO_3为压电基片,在其表面覆盖与其温度系数极性相反的SiO_2薄膜来改善器件温度稳定性,并在声传播路径上溅射FeCo薄膜用以感知电流量。在电流产生磁场作用下,FeCo薄膜发生磁致伸缩应变,导致声传播速度的变化,进而以振荡器频率信号的改变来表征待测电流。该文通过对不同FeCo膜厚及不同FeCo薄膜长宽比的传感器进行实验分析,以获得优化的传感功能结构。实验结果表明,在优化的FeCo薄膜厚度(500nm)和长宽比(2∶1)条件下,所研制的声表面波电流传感器的灵敏度为12.375kHz/A。     

基片温度对脉冲激光沉积ZnO薄膜性质的影响

本文基于脉冲激光沉积(PLD)方法,利用光谱物理GCR-170型脉冲激光器Nd:YAG的三次谐波,实验上完成了在Al2O3(0001)基片上生长了ZnO薄膜.利用原子力显微镜(AFM)、光致发光(PL)谱和光学透射谱对不同基片温度下沉积的ZnO薄膜的表面形貌和光学特性进行研究.结果表明,沉积时的基片温度对ZnO薄膜的结构和特性有显著影响.在基片温度为500℃时沉积的ZnO薄膜结构致密均匀,并表现出很强的紫外发射.通过紫外一可见透射光谱的测量,讨论了沉积时的基片温度对ZnO薄膜光学透射率的影响.     

国外简讯

AlN/Si声表面波器件 SAW器件的一个新的发展分支是与半导体相结合的集成化技术。在Si片上溅射ZnO薄膜以激励和传播SAW已进行过大量的工作。AlN也是一种适用于SAW器件的压电薄膜材料,而且它的化学稳定性、机械强度、声速和机电耦合系数可能还优于ZnO膜,这就使得AlN膜有可能用作单片SAW器件以取代ZnO。 AlN膜的生长方法较多,如CVD法、RF溅射等。这些方法都要求基片温度在1000℃以上。在较低温度下在玻璃和兰宝石基片成功地沉积AlN膜,只是在最近才用反应溅射实现的。美国珀杜大学电工系L.G.Pearce等人用有磁控阴极的MRC-8620型RF平面溅射系统沉积了高度取向的AlN膜,并制成了几种新型的AlN/Si SAW器件。     

高频高性能声表面波器件

声表面波(SAW)器件是VHF-UHF频段中信息和传输系统的高性能关键器件.SAW器件用基片材料,包括压电常数和声速大的在蓝宝石上外延生长的ZnO单晶薄膜、温度稳定性好的石英和控制元件分散性实现高精度的SiO_2薄膜等.由于采用了三个换能器结构、抽指加权和假电极指等设计法,获得了高Q、低损耗、高稳定和高精度的SAW器件.这些器件和电路元件混合集成,可制成小型的滤波器、振荡器和FM解调器并应用于CATV、卫星广播、汽车电话和TV调谐器等方面.     

高可靠ZnO薄膜SAW TV奈氏滤波器

本报告叙述ZnO薄膜SAW TV接收机奈氏(Nyquist)滤波器及TV台解调器.滤波器由层状结构组成.溅射ZnO压电薄膜沉积在硼硅玻璃基片上,Al叉指电极插在ZnO膜和玻璃基片之间,而Al对向电极沉积在ZnO膜表面 ZnO膜的厚度大约是SAW波长的3%,变迹用改变对向电极形状来实现.找到了降低TV-VIF滤波器不可避免的插入损耗的先进的SAW设计,因此VIF级可以在没有任何前置放大器的情况下工作.精确的设计实现TV台的标准解调器;在通带内振幅平坦度0.05dB而群延迟波纹为10ns,这些滤波器显示出10ppm/℃和100ppm/25,000小时的漂移这样极好的频率稳定性.这种SAW滤波器目前正在生产.     

温度对飞秒激光沉积ZnO/Si薄膜的结构和性能的影响

通过飞秒脉冲激光(50 fs,800 nm,1 kHz,2 mJ)沉积技术在n型Si(100)单晶基片上制备了ZnO薄膜.详细研究了基片温度变化以及退火处理对ZnO薄膜的结构、表面形貌及光学性质的影响.X射线衍射(XRD)结果表明,不同温度下(20~350℃)生长的ZnO薄膜具有纤锌矿结构,并且呈c轴择优取向;当基片温度为80℃时,薄膜沿(002)晶面高度择优生长;当基片温度为500℃时薄膜沿(103)晶面择优生长,场发射扫描电子显微镜(FEEM)结果表明薄膜呈纳米晶结构,并观察到了ZnO的六方结构.进一步通过透射光谱的测量讨论了基片温度及退火处理对ZnO薄膜光学透射率的影响,结果表明退火后薄膜的透射率增大.     

《压电与声光》1993年第15卷总目次

声表面波技术 期 页 振动惯性技术及其应用 3 1620信道声表面波滤波器组初探 11 一种高性能压电振动陀螺与应用 3 34采用 Y—40”LWbO。的宽带低损耗声表面 压电陶瓷圆筒振子耦合振动的本征频率 波滤波器 17 分析 3 44具有小杂波激励的新切型基片——Y一 陶瓷传感器及应用 3 48 78。二一90oLINto。19 铁电存储器研究进展 3 60压电石英体声波器件的应用特点及发展 压电叠堆相位滞后特性的研究 4 23 趋势 21 高电压梯度的ZnO变阻器 4 27移动通信用SAW滤波器发展动向 2 6 压电陶瓷圆片振子耦合振动的等效电路 6 32抽指延迟线型声表面波温…     

加重金属层对ZnO-Si SAW单片器件的影响

数字计算表明,加金这样的重金属导电层,增强了机-电耦合,从而降低了ZnO薄膜和Si基片之间的SAW速度.计算还表明,可在相速温度系数不恶化的情况下提高机-电耦合系数.     

金属与导电材料

Y2000-62004-213 0007255溅射参数对氧化锌薄膜的生长与压电特性的影响=Effect of the sputtering parameters on the growth andpiezoelectric properties of zinc oxide thin film[会,英]/Kutepova,V.P.& Hall,D.A.//Proceedings of 1998IEEE Ultrasonics Symposium,Vol.1.—213-216(Z)本文叙述了 ZnO 薄膜在声表面波(SAW)传感器中的应用潜力。用 RF 磁控管溅射法将 ZnO 薄膜淀积到 Al/SiO_2/Si 衬底上。通过改变溅射压力与衬底温度及精心选择其它溅射参数,使薄膜晶格应力充分减弱。本文叙述了基于 ZnO 薄膜的谐振器的设计与性能。     

国外简讯

十年前,日本便已开始制作民用市场需要的FM立体声和TV接收机用SAW器件。1975年村田采用PZT压电陶瓷基片首先制成FM立体声调谐10.7MHz SAW滤波器。接着东芝等公司采用三种基本材料(LiNb0_3、LiTaO_3和PZT)制成彩电用45MHz、58MHzSAW滤波器,其中东芝采用温度系数好和成本低的LiTaO_3单晶作基片。村田与京都大学协作首先采用平面磁控溅射大量生产ZnO/玻璃层状结构作基片制作TV用SAW滤波器。迄今累计这种ZnO薄膜滤波器已突破1亿只。