：面向恶劣环境的基于 AlN/4H-SiC材料的声表面波谐振器设计与制作

• 来源期刊: 浙江大学学报（英文版）（A辑：应用物理和工程）
• 关键词: SAW 谐振器 AlN/4H-SiC 恶劣环境 MEMS技术 燃气轮机
• 年，卷（期）: 2017,（1）
• 页码范围: 67-74
• 页数: 8页
• 语种: 英文

摘要

目的：在高温等恶劣工作环境下，燃气轮机有着迫切的温度等工况参数的实时监测需求。声表面波（SAW）技术与微机电系统（MEMS）技术的结合可提供一种很有发展前景的解决方案。本文旨在探讨SAW 谐振器的设计与仿真方法，研究高质量 c 轴择优取向的 AlN 压电薄膜制备工艺及与 MEMS 工艺兼容的 SAW 谐振器制作工艺，并测试其电学性能以验证 SAW谐振器设计与制作的正确性与可行性。<br>　　创新点：1.首次在耐高温材料 AlN/4H-SiC上设计、仿真及制作 SAW谐振器并测试电学性能；2.在4H-SiC上得到了高质量c轴择优取向的AlN压电薄膜并开发了一套与 MEMS 工艺兼容的 SAW 谐振器制作工艺。<br>　　方法：1.通过对SAW谐振器所有结构参数的设计与仿真，得到谐振器的谐振频率与反谐振频率等（图2和3）；2.利用磁控溅射方法在4H-SiC衬底上溅射高质量 c 轴择优取向的 AlN 压电薄膜，再利用光刻、湿法腐蚀等 MEMS 工艺制作SAW谐振器（图4）；3.通过扫描电镜和 X射线衍射等手段，检测 AlN 压电薄膜质量（图5和6）及器件制作结果（图7）；4.利用网络分析仪测试 SAW谐振器电学性能并与仿真结果相比较，验证SAW谐振器设计仿真方法和MEMS制作工艺的可行性和有效性（图8）。<br>　　结论：1.基于耐高温材料 AlN/4H-SiC，成功设计并制作出SAW谐振器（尺寸：1107μm×721μm）；2.在4H-SiC 上得到了高质量 c 轴择优取向的AlN压电薄膜，衍射峰为36.10°，摇摆曲线半高宽仅1.19°；3. SAW谐振器电学性能测试结果与仿真结果一致，证明其设计仿真方法正确有效、MEMS制作工艺可行。