SiO2/ScAlN/LiNbO3多層結構應用於高機電耦合係數與低溫度飄移係數之表面聲波元件

Translated title of the thesis: SiO2/ScAlN/LiNbO3 Multilayer Structure for High K2 and Low TCF SAW Devices
  • 申 鈞婷

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

隨著無線通訊的演進，應用於行動裝置濾波器之表面聲波元件(SAW device)往高頻段、高頻寬與高溫度穩定性發展。本研究結合SiO2/ScAlN/LiNbO3作為表面聲波元件材料。Y-128°鈮酸鋰基板具有高機電耦合係數(K2)約5 3 %；然而溫度穩定性不佳，溫度飄移係數(TCF)約為-76 ppm/℃。氮化鈧鋁薄膜之壓電係數(d33)可透過不同的鈧含量達到大幅的提升，代表可進一步提升元件之K2值；但其d33的提升機制尚未明瞭。非晶之二氧化矽薄膜具有正的TCF，常被用為表面聲波元件的溫度補償層；過厚的二氧化矽層則會降低K2值。 將ScxAl1-xN薄膜以反應性磁控雙靶濺鍍的方式沉積於鈮酸鋰基板上，實驗結果顯示，在x=0 23-0 31區間d33快速上升，在x=0 31時達到最大值36 35 pm/V，此時晶體結構會發生(002)面逐漸傾斜之現象，應為相轉換的過程中離子半徑較大的鈧置換特定鋁晶格點，並導入局部晶格應變造成。在鈧晶格點周圍應變提升的情況下，加上Sc-N鍵更高的極性，可誘發更高的壓電效應。x>0 31後，鈧傾向隨機固溶，使結晶性下降、局部應變消失，造成d33大幅降低。進一步將ScAlN/LiNbO3結合不同厚度之二氧化矽薄膜，製作成表面聲波元件。結果顯示，具有ScAlN層之表面聲波元件可有效提升K2至11 01 %，|"TCF" |為55 63 ppm/℃。隨著二氧化矽厚度增加至120 nm，|"TCF" |可下降至42 61 ppm/℃，而K2仍維持10 24 %，顯示此材料具有應用於高頻寬、高溫度穩定性表面聲波元件之潛力。
Date of Award2018 Jul 26
Original languageChinese
SupervisorJow-Lay Huang (Supervisor)

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