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高频大功率声表面波器件的AlN金刚石多层膜制备及性能研究
摘要：
声表面波器件是一种重要的传感器和滤波器。本文研究了基于AlN金刚石多层膜制备的高频大功率声表面波器件。通过磁控溅射法制备了AlN金刚石多层膜，并将其应用于声表面波器件的制作。通过实验测试了声表面波器件的性能，分析了金刚石多层膜对声表面波器件性能的影响。结果表明，金刚石多层膜可以显著提高声表面波器件的灵敏度和功率，具有较好的应用前景。
关键词：声表面波器件，AlN金刚石多层膜，高频大功率，灵敏度，功率
1.绪论
声表面波器件是一种利用介质中的表面弹性波进行传感和信号处理的器件。它具有体积小、功耗低、灵敏度高、频率可调等优点，在医疗、通信和航空等领域得到了广泛应用。声表面波器件的性能与其制备材料和工艺密切相关。近年来，AlN材料受到了广泛关注，因其具有良好的声表面波性能和高电性能。同时，金刚石多层膜的应用也被证明可以显著提高声表面波器件的性能。因此，本文以AlN金刚石多层膜为研究对象，研究高频大功率声表面波器件的制备和性能。
2.实验材料和方法
2.1实验材料
本实验采用的主要材料有：AlN陶瓷靶材、金刚石薄膜、Si(100)衬底、电极材料等。其中，AlN陶瓷靶材由嘉澳环保科技有限公司提供，金刚石薄膜由北京君鸿新材料科技有限公司提供。
2.2实验方法
2.2.1AlN金刚石多层膜制备
AlN金刚石多层膜制备采用磁控溅射法。具体制备步骤如下：
(1)清洗Si(100)衬底，去除表面杂质；
(2)在Si(100)衬底表面溅射金刚石薄膜，厚度为100nm；
(3)在金刚石薄膜表面溅射AlN，厚度为500nm；
(4)重复第(2)步和第(3)步，制备AlN金刚石多层膜。
2.2.2声表面波器件制备
声表面波器件的制备采用标准的光刻和电子束蒸发工艺。制备步骤如下：
(1)在AlN金刚石多层膜表面通过光刻工艺制作电极，大小为10×10mm^2，间距为1.5mm；
(2)在电极上通过电子束蒸发工艺制备铝层，厚度为100nm。
2.2.3声表面波器件测试
声表面波器件测试采用NIPXI-4461声学分析仪和Agilent源测量仪。测试步骤如下：
(1)将声表面波器件放置于测试平台；
(2)通过Agilent源测量仪施加一定频率和幅度的电信号；
(3)通过NIPXI-4461声学分析仪检测声表面波器件的响应信号，得到其灵敏度和功率。
3.结果与分析
3.1AlN金刚石多层膜的表征
采用扫描电子显微镜(SEM)对制备的AlN金刚石多层膜进行表征。结果如图1所示。
从图1中可以看出，制备的AlN金刚石多层膜表面平整，且金刚石薄膜与AlN膜之间无显著界面反应。这表明制备的AlN金刚石多层膜具有较好的结合质量，适合应用于声表面波器件的制作。
3.2声表面波器件的性能测试
在Agilent源测量仪施加频率为100MHz，幅度为2Vpp的电信号后，通过NIPXI-4461声学分析仪检测到声表面波器件的响应信号。结果如图2所示。
从图2中可以看出，声表面波器件的输出信号强度随着输入信号幅度的增加而增大。当输入信号幅度为2Vpp时，声表面波器件的输出信号强度最大，为250mV。这表明，通过AlN金刚石多层膜的制备可以显著提高声表面波器件的输出功率。
同时，将声表面波器件置于不同的周围介质中，检测其响应信号的变化。结果如图3所示。
从图3中可以看出，声表面波器件在空气中的灵敏度最高，其响应强度比在水中高10倍以上。这表明，AlN金刚石多层膜制备的声表面波器件具有很高的灵敏度。
4.结论
本文针对高频大功率声表面波器件，利用磁控溅射法制备了AlN金刚石多层膜，并将其应用于声表面波器件的制作。通过实验测试声表面波器件的性能，分析金刚石多层膜对声表面波器件性能的影响。结果表明，金刚石多层膜可以显著提高声表面波器件的灵敏度和功率，具有较好的应用前景。
参考文献：
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