專利名稱：自由站立金剛石厚膜用于聲表面波濾波器基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及到無機(jī)非金屬功能材料在電子器件中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
聲表面波(SAW)濾波器是應(yīng)用于通信領(lǐng)域中的重要器件。近年來，隨著寬帶、移動和手提通信系統(tǒng)等通信技術(shù)的飛速發(fā)展，對高頻特別是GHz量級的高頻器件的需求與日俱增。而制備高頻率SAW器件的途徑有兩個一是采用先進(jìn)的半導(dǎo)體平面制作工藝以降低叉指換能器的指寬和間隔，這方面的發(fā)展受到平面制作技術(shù)的限制有其發(fā)展極限；另一個就是采用高聲波傳輸速度材料，結(jié)合其上的壓電薄膜材料來有效提高器件的響應(yīng)頻率。金剛石就是理想的高聲速材料，它與ZnO，LiNbO3等壓電薄膜材料結(jié)合制備的層狀結(jié)構(gòu)，聲表面波相速度可達(dá)11000m/s以上，而相應(yīng)的常用材料如石英在3000-5000m/s，LiNbO3為4000-7400m/s，LiTaO3為3200-6300m/s等。另外金剛石還具有最高彈性系數(shù)和最高熱導(dǎo)率的特性，使其在制備高響應(yīng)頻率、高功率耐久性SAW器件方面有良好的前景，受到世界各地研究者的重視和關(guān)注。
目前為止，國內(nèi)外公開發(fā)表的關(guān)于在聲表面波(SAW)器件中采用金剛石膜材料的研究工作中，均采用在硅襯底上的金剛石薄膜材料，其中金剛石膜的厚度在十幾到幾十微米之間，這樣的結(jié)構(gòu)不足之處在于雖然能利用金剛石高聲表面波相速度(11600m/s)最高彈性系數(shù)的特性實(shí)現(xiàn)SAW濾波器響應(yīng)頻率的明顯提高，但由于其襯底硅的存在，限制了高熱導(dǎo)率金剛石膜的散熱效果，也就是說這樣的結(jié)構(gòu)實(shí)際上不能有效利用金剛石的最高熱導(dǎo)率的優(yōu)異性能，以實(shí)現(xiàn)SAW器件的高功率耐久性功能。另外，SAW濾波器對其襯底的表面光潔度有嚴(yán)格的要求，這樣金剛石薄膜直接作為其襯底材料，對金剛石薄膜沉積工藝的要求比較苛刻，提高了其制備成本和技術(shù)難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于聲表面波濾波器的新型功能材料，即無襯底自由站立的金剛石厚膜，解決了利用金剛石優(yōu)異性能，制備高頻率、高耐久性器件的問題。提出利用金剛石膜成核面作為功能表面的方法，解決了金剛石膜生長面難以加工的技術(shù)難題。
本發(fā)明的技術(shù)方案為采用無襯底的自由站立金剛石厚膜作為SAW器件的襯底，可以更充分地發(fā)揮金剛石高導(dǎo)熱性、高聲速、高彈性系數(shù)的優(yōu)異性能，另一方面降低了對金剛石膜制備工藝的要求，使金剛石膜SAW器件制備工藝與傳統(tǒng)的器件制備工藝相兼容。將已經(jīng)用電子增強(qiáng)熱燈絲化學(xué)氣相沉積(EA-CVD)方法制備的厚度為300-500微米的金剛石膜，切割為器件制備所需尺寸。用機(jī)械研磨拋光工藝去除金剛石膜成核面的碳化物，同時使表面光潔度明顯提高。采用光學(xué)拋光工藝進(jìn)一步提高表面光潔度，使之達(dá)到SAW器件的制備要求。在金剛石襯底上沉積AL薄膜，通過傳統(tǒng)平面制作技術(shù)制作叉指換能器(IDTs)電極條。然后采用射頻濺射工藝或者M(jìn)OCVD技術(shù)在金剛石膜表面沉積ZnO壓電薄膜。這樣就制備了ZnO/Diamond層狀結(jié)構(gòu)的SAW濾波器。
本發(fā)明的效果和益處是利用無襯底的金剛石厚膜直接做SAW濾波器的襯底材料，不僅充分利用了金剛石高彈性系數(shù)、高聲速的性能，可明顯提高器件的響應(yīng)頻率，而且可充分利用金剛石最高熱導(dǎo)率的優(yōu)勢，使SAW器件具有高功率耐久性的特點(diǎn)。另外，SAW濾波器對其襯底的表面光潔度有嚴(yán)格的要求，這樣金剛石薄膜直接作為其襯底材料，對金剛石薄膜沉積工藝的要求比較苛刻，提高了其制備成本和技術(shù)難度。而本發(fā)明采用金剛石厚膜相當(dāng)于常規(guī)體材料直接作為其襯底，只需對金剛石膜采用常規(guī)的機(jī)械和光學(xué)拋光工藝即可滿足器件制備要求。特別是本發(fā)明提出的利用表面平整光滑的金剛石膜成核面作為沉積壓電薄膜表面的方法，解決了金剛石膜生長面難以加工的技術(shù)難題。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案，詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施步驟。
步驟1.
將用電子增強(qiáng)熱燈絲化學(xué)氣相沉積(EA-CVD)方法制備的厚度為300-500微米的金剛石膜，用YAG激光切割機(jī)切割為器件制備所需尺寸。
步驟2.
由于金剛石厚膜的沉積過程需要經(jīng)歷30-50小時，而且多晶金剛石晶粒尺寸為十幾到幾十微米，因此金剛石膜生長面的粗糙度很高，而且由于金剛石膜超硬耐磨的特性，對其表面進(jìn)行研磨拋光是很困難的。我們的解決辦法是，利用從襯底剝落的一面(即金剛石膜成核面)，由于它是由于沉積完成后因金剛石膜與基體熱膨脹系數(shù)不同而瞬間與襯底剝離的，因此這一面與鏡面光滑的襯底面具有基本相同的光潔度。不過成核面剝落時不是純凈的金剛石，研究表明在成核面有一薄層金屬碳化物，厚度大約幾個微米。為去除這層碳化物，用金剛石研磨機(jī)，采用機(jī)械研磨拋光工藝對金剛石成核面進(jìn)行第一次處理。這一過程也同時使表面光潔度明顯提高。
步驟3.
采用光學(xué)拋光工藝對金剛石膜成核面進(jìn)一步加工，提高表面光潔度，使之達(dá)到SAW器件的制備要求。
步驟4.
采用傳統(tǒng)射頻濺射工藝，在金剛石襯底上沉積一層厚度在40-100納米的鋁薄膜，通過傳統(tǒng)平面制作技術(shù)制作叉指換能器(IDTs)電極條。
步驟5.
采用射頻濺射工藝或者M(jìn)OCVD技術(shù)在金剛石膜表面沉積厚度在0.5-2.0微米的氧化鋅壓電薄膜。這樣就制備了氧化鋅/金剛石層狀結(jié)構(gòu)的聲表面波濾波器。
權(quán)利要求
1.一種自由站立金剛石厚膜用于聲表面波濾波器基板，其特征在于采用無襯底的自由純凈金剛石厚膜作為其襯底材料；應(yīng)用自由站立金剛石厚膜的成核面，作為沉積叉指換能器和壓電薄膜的表面，制備氧化鋅/金剛石層狀結(jié)構(gòu)的聲表面波器件。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及到無機(jī)非金屬功能材料在電子器件中的應(yīng)用。其特征在于采用無襯底自由純凈金剛石厚膜，作為一種體材料應(yīng)用于聲表面波濾波器中，作為其襯底材料；應(yīng)用自由站立金剛石厚膜的成核面，經(jīng)過表面機(jī)械及光學(xué)研磨拋光處理，作為沉積叉指換能器和壓電薄膜的表面，采用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件制備工藝制備出氧化鋅/金剛石層狀結(jié)構(gòu)的聲表面波器件。本發(fā)明的效果和益處是不僅利用了金剛石高彈性系數(shù)、高聲速的性能，可明顯提高器件的響應(yīng)頻率，而且充分利用金剛石最高熱導(dǎo)率的優(yōu)勢，使SAW器件具有高功率耐久性的特點(diǎn)。提出利用表面平整光滑的金剛石膜成核面作為沉積壓電薄膜表面的方法，解決了金剛石膜生長面難以加工的技術(shù)難題。
文檔編號H03H3/08GK1688102SQ20051004626
公開日2005年10月26日 申請日期2005年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月13日
發(fā)明者白亦真, 杜國同 申請人:大連理工大學(xué)