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无线通信系统的快速发展提出了对高频、高功率声表面波(SAW)滤波器开发的需求。在声表面波器件的衬底材料中,金刚石具有所有物质中最高的声速和热导率,金刚石衬底上制作的SAW器件可以达到很高的中心频率,且功率耐久性好。
论文阐述了金刚石薄膜衬底的SAW滤波器及其叉指换能器的基本特性。利用ANSYS软件对声表面波器件进行了仿真分析,得出了声表面波只在固体表面1-2个波长深度范围内传播的仿真结果,与理论分析有很好的一致性。对硅基IDT/ZnO/Diamond多层膜结构的声表面波器件进行仿真,得出了在这种结构SAW器件SAW传播速度与ZnO厚度成反比的结论,声表面波的传播速度是IDT/ZnO结构器件的2-3倍。
为了提高声表面波滤波器的工作频率、改善功率耐久性,论文采用在硅基金刚石薄膜为衬底上,利用射频溅射的方法在Si、玻璃和金刚石衬底上分别制备了2μm厚的ZnO薄膜。对ZnO薄膜进行的XRD检测结果表明,采用射频方法制备的ZnO薄膜具有高度的C轴取向,满足制备SAW器件的要求。论文还进行了在硅基金刚石膜衬底上制备AlN压电薄膜方面进行了探索性试验的尝试,得到了有较好C轴取向的AlN薄膜。SAW滤波器叉指换能器的制备方法,采用了MEMS工艺中的剥离工艺,得到了理想的叉指换能器图案。
对SAW滤波器样品进行了封装和测试,测得SAW滤波器的中心频率为378MHz,插损为15.99dB。中心频率测试结果离理论设计的500MHz还有一定的差距,主要原因是制备的CVD金刚石薄膜硬度没有达到天然金刚石硬度的标准,使SAW传播速度大幅下降,从而影响了SAW滤波器中心频率。