【摘 要】
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近年来通信行业迅速发展,2019年以来以5G基站数量增速较快,滤波器在其中起到重要作用。此前以铌酸锂单晶制成的滤波器不易与其他器件集成、联合使用,在对电子元件要求小型化、集成化和互联化的今天,需要提出新的方案。声表面波（SAW）滤波器作为一种无源滤波器,其主要部件由压电器件和外接电路组成。在压电器件中起到关键作用的是压电薄膜。AlN化学稳定性高,温度稳定性好,可以用于高温场合下的工作。其薄膜声速高
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近年来通信行业迅速发展,2019年以来以5G基站数量增速较快,滤波器在其中起到重要作用。此前以铌酸锂单晶制成的滤波器不易与其他器件集成、联合使用,在对电子元件要求小型化、集成化和互联化的今天,需要提出新的方案。声表面波（SAW）滤波器作为一种无源滤波器,其主要部件由压电器件和外接电路组成。在压电器件中起到关键作用的是压电薄膜。AlN化学稳定性高,温度稳定性好,可以用于高温场合下的工作。其薄膜声速高,且与CMOS工艺兼容,成本低,C轴取向良好的AlN薄膜具有一定的压电性,在通信、航天和军工等多领域都有应用。本文选择AlN薄膜为研究对象,通过对其进行Sc元素掺杂对压电性能进行改善。在materials studio中搭建模型,利用第一性原理计算了随着Sc掺杂浓度的变化AlN在弹性常量、晶轴比例变化和压电压力响应等具体参数的变化规律,得出了可以通过Sc掺杂改善压电性的结论,并进一步分析了压电性改善的机理。之后利用磁控溅射真空镀膜的方式,在蓝宝石衬底上进行ScxAl1-xN薄膜的生长,并以20%钪原子含量Al-Sc合金靶材为代表,集中研究了溅射功率、溅射温度、氮氩比和溅射气压对ScxAl1-xN薄膜品质的影响,通过结晶质量、表面形貌分析、粗糙度分析和沉积速率分析等角度进行了具体的讨论。经过工艺参数的对比,发现各因素主要通过改变场强、靶材自偏压效应和溅射气氛,影响粒子能量,改变沉积速率,改变粒子在衬底表面反应结合的情况来改变薄膜质量。当溅射功率和温度过低时,粒子获得的动能较小不利于C轴择优取向的生长,随着功率和温度的提升在250℃和300W时取得了良好的结晶质量,但继续升高时造成粗糙度增加和结晶质量下降。氮氩比是影响薄膜质量的重要因素,当衬底表面N2浓度不足时其c轴取向较差,最终在6:17浓度下取得了良好的结晶质量。本文最终通过微声薄膜谐振器的制作和频率曲线的测试,得到了12.17%的机电耦合系数,和纯AlN器件相比有一定提升。在经过理论研究、工艺制备和器件性能分析后,本文作出结论:Sc掺杂的AlN薄膜可以起到改善压电器件的性能的作用,并且薄膜制备工艺存在最优参数。
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