四面体非晶碳为固贴式薄膜体声波谐振器布喇格反射栅高声阻抗材料的研究

为提高固贴式薄膜体声波谐振器的品质，通过解析层状结构声波传播状态方程设计布喇格反射栅的工作模式，分析布喇格反射栅中的声学损耗机制和高/低声阻抗层厚度偏差对器件关键参数的散射规律；通过研究高模量低应力大厚度四面体非晶碳薄膜的制备技术，阐明载能粒子制备四面体非晶碳薄膜的应力控制机制；通过表征声波在四面体非晶碳薄膜中的传播速度和四面体非晶碳薄膜的密度，确定满足布喇格反射栅厚度要求高声阻抗四面体非晶碳薄膜的有效控制条件；通过研究四面体非晶碳薄膜与下电极、硅基底以及低声阻抗层之间的界面特性，确定强化界面结合的有效方法。并研究富sp3杂化、高声阻抗、低内应力四面体非晶碳薄膜的生长机制及工艺控制，电弧载能粒子沉积四面体非晶碳的膜厚精确控制以及四面体非晶碳与低声阻抗材料多层叠层体系的界面特性等关键科学问题，将四面体非晶碳薄膜用作布喇格反射栅的高声阻抗材料，实现四面体非晶碳在体声波器件领域的新应用。

本项目以非晶金刚石为布拉格反射栅高声阻抗层，为制备氮化铝压电堆/非晶金刚石和二氧化硅叠层布拉格声反射栅的固贴式薄膜体声波谐振器奠定基础。研究成果主要体现在：(1) 系统研究了非晶金刚石薄膜的精细结构调控规律，获得了富sp3杂化非晶金刚石薄膜的优化工艺，揭示了非晶金刚石薄膜的生长机制；(2) 通过能量梯度沉积、脉冲偏压调控以及后热处理等措施，大幅降低了薄膜内应力，获得了低应力大厚度强附着高品质非晶金刚石薄膜；(3) 建立了固贴式薄膜体声波谐振器(SMR)物理模型，分析了结构参数对器件品质的影响规律，优化设计了以非晶金刚石为高声阻抗层的固贴式薄膜体声波谐振器；(4) 获得了SMR-FBAR层状复合薄膜结构，对比分析了全绝缘布拉格反射栅与重金属高声阻抗层反射栅之间的性能差异，研究了FBAR的热特性。项目研究期间，发表SCI收录论文18篇，获相关授权发明专利4项，培养博士研究生4人，硕士研究生3人，负责人以第一完成人获得省技术发明奖1项，入选国家自然科学基金委优秀青年基金(2012)和黑龙江省杰出青年基金(2013)等人才项目，获得中国青年科技奖(2011)、省青年五四奖章(2012)、中国电子学会优秀科技工作者(2012)以及国家开发银行科技创新奖教金(2013)等荣誉。