一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法，它涉及薄膜体声波谐振器下电极的制备方法，本发明要解决现有的普通工艺得到的Mo薄膜存在表面粗糙、结构和几何均匀性差，电学及声学性能难以满足压电堆电极要求，以及其与AlN薄膜特性差异大，结合强度低的问题。本发明中一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法按以下步骤进行:一、清洗单晶硅衬底材料;二、进行单晶硅衬底表面离子清洗;三、在单晶硅衬底表面沉积Mo薄膜;四、对Mo薄膜表面进行氮化处理。本发明制备的Mo薄膜电极，表面平整，粗糙度低、结构和几何均匀性好，电学及声学性能优良。本发明可应用于电子材料技术领域。
1.一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法，其特征在于它是通过以下步骤实现的：步骤一、将单晶硅片衬底依次放在丙酮、酒精和去离子水中，在超声功率为250W～
550W的条件下清洗20min～30min后烘干；
步骤二、在阴极弧源内装好Mo靶，将步骤一得到的单晶硅片衬底置于过滤阴极电弧沉-6 -6积设备真空仓内的样品台上，抽真空至1.0×10 Torr～9.9×10 Torr后通入Ar气，控制-5 -4Ar气流量为40sccm～60sccm，当真空仓内压强达到8.0×10 Torr～1.0×10 Torr时，将样品台转至离子清洗位置，对单晶硅片衬底表面进行离子清洗10min～20min，然后关闭氩气，再将样品台转至沉积位置；
步骤三、继续对真空仓进行抽真空，当真空度达到1.0×10 Torr～9.9×10 Torr时，然后调入扫描波形，设置沉积参数为：电弧电流为60A～120A，沉积时间设为4min～8min，起弧频率为10s/次～15s/次，衬底施加直流负偏压为20V～200V，开启过滤阴极电弧沉积设备，开始对Mo靶施加脉冲特性电源起弧，然后采用平特性电源稳弧，向衬底表面沉积镀膜；
步骤四：停弧后，继续对真空仓进行抽真空，当真空度达到1.0×10 Torr～-6
9.9×10 Torr时，通入氮气，氮气流量控制在2.6sccm～8.8sccm，调入扫描波形，设置沉积参数为：电弧电流为100A～150A，沉积时间为1min～3min，衬底直流负偏压为100V～
300V，继续沉积Mo薄膜，沉积结束后，即获得氮化改性处理后的下电极Mo薄膜。
2.如权利要求1所述的一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法，其特征在于步骤一中在超声功率为300W～500W的条件下清洗22min～28min后烘干。
3.如权利要求1所述的一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法，其特征在于步骤一中在超声功率为400W的条件下清洗25min后烘干。
4.如权利要求1至3中任一项所述的一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法，其特-6 -6征在于步骤二中抽真空至2.0×10 Torr～8.0×10 Torr后通入Ar气，控制Ar气流量为-5 -5
45sccm～55sccm，当真空仓内压强达到8.5×10 Torr～9.5×10 Torr时，对单晶硅片衬底表面进行离子清洗12min～18min。
5.如权利要求1至3中任一项所述的一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法，其特-6征在于步骤二中抽真空至5.0×10 Torrr后通入Ar气，控制Ar气流量为50sccm，当真空-5仓内压强达到9.0×10 Torr时，对单晶硅片衬底表面进行离子清洗15min。
6.如权利要求4所述的一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法，其特征在于步骤三-6 -6中当真空度达到2.0×10 Torr～8.0×10 Torr时，然后调入扫描波形，设置沉积参数为：电弧电流为70A～110A，沉积时间设为5min～7min，起弧频率为11s/次～14s/次，衬底施加直流负偏压为50V～150V。
7.如权利要求4所述的一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法，其特征在于步骤三-6中当真空度达到5.0×10 Torr时，然后调入扫描波形，设置沉积参数为：电弧电流为90A，沉积时间设为6min，起弧频率为13s/次，衬底施加直流负偏压为100V。
8.如权利要求6所述的一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法，其特征在于步骤四-6中当真空度达到5.0×10 Torr时，通入氮气，氮气流量控制在5.6sccm。
9.如权利要求8所述的一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法，其特征在于步骤四中电弧电流为110A～140A，衬底直流负偏压为150V～250V，继续沉积Mo薄膜。
10.如权利要求8所述的一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法，其特征在于步骤四中电弧电流为120A，衬底直流负偏压为200V，继续沉积Mo薄膜。
一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及谐振器下电极的制备方法，特别是涉及薄膜体声波谐振器下电极的制备方法。
背景技术
[0002] 薄膜体声波谐振器是指利用薄膜形态的金属电极和压电材料产生体声波，并通过声学谐振实现电学选频的器件。薄膜体声波谐振器用材料体系，是由压电薄膜材料、高或低声阻抗层材料和电极薄膜构成的。电极薄膜材料作为薄膜体声波谐振器的重要组成部分，其性能也会对器件有着重要影响。Mo由于具有适宜的密度、较低的电阻率、较大的声学阻抗被认为是薄膜体声波谐振器的比较合适的电极材料。AlN由于具有较高的纵波声速，较低的固有损耗，化学性质稳定等优点被认为是薄膜体声波谐振器理想的压电薄膜材料。Mo电极薄膜材料的结构和表面形貌会影响AlN薄膜材料的生长，而且Mo电极薄膜材料的厚度也会影响器件的频率。目前主要存在以下两方面问题:
[0003] 第一，普通工艺得到的Mo薄膜晶粒粗大，表面粗糙，结构和几何均匀性差，电学及声学性能难以满足压电堆电极要求;
[0004] 第二，AlN薄膜在Mo薄膜电极上直接生长取向性差，下电极Mo薄膜与AlN薄膜特性差异大，结合强度低。
发明内容
[0005] 本发明的目的是为了解决现有普通工艺得到的Mo薄膜存在表面粗糙、结构和几何均匀性差，电学及声学性能难以满足压电堆电极要求，以及其与AlN薄膜特性差异大，结合强度低的问题，而提出一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法。
[0006] 本发明中的一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法按以下步骤进行:
[0007] 步骤一、将单晶硅片衬底依次放在丙酮、酒精和去离子水中，在超声功率为250W～550W的条件下清洗20min～30min后烘干;
[0008] 步骤二、在阴极弧源内装好Mo靶，将步骤一得到的单晶硅片衬底置于过滤阴极电-6 -6弧沉积设备真空仓内的样品台上，抽真空至1.0×10 Torr～9.9×10 Torr后通入Ar气，-5 -4
控制Ar气流量为40sccm～60sccm，当真空仓内压强达到8.0×lO Torr～1.0×10 Torr时，将样品台转至离子清洗位置，对单晶硅衬底表面进行离子清洗10min～20min，然后关闭氩气，再将样品台转至沉积位置;
[0009] 步骤三、继续对真空仓进行抽真空，当真空度达到1.0×10-6Torr～9.9×10-6Torr时，然后调入扫描波形，设置沉积参数为:电弧电流为60A～120A，沉积时间设为4min～8min，起弧频率为10s/次～15s/次，衬底施加直流负偏压为20V～200V，开启过滤阴极电弧沉积设备，开始对Mo靶施加脉冲特性电源起弧，然后采用平特性电源稳弧，向衬底表面沉积镀膜;
[0010] 步骤四:停弧后，继续对真空仓进行抽真空，当真空度达到1.0×10-6Torr～-69.9×10 Torr时，通入氮气，氮气流量控制在2.6sccm～8.8sccm，调入扫描波形，设置沉积参数为:电弧电流为100A～150A，沉积时间为1min～3min，衬底直流负偏压为100V～
300V，继续沉积Mo薄膜，沉积结束后，即获得氮化改性处理后的下电极Mo薄膜。
[0011] 本发明包括以下优点:
[0012] 1、采用普通工艺得到的Mo薄膜，表面粗糙度为5nm～100nm，而采用本发明方法制备的Mo薄膜的表面粗糙度低于1nm，结构和几何均匀性好，电学及声学性能优良，具有声阻抗大，均匀性佳的特点，完全达到压电堆电极要求的标准;
[0013] 2、采用氮化处理的方法，对Mo薄膜表面进行处理，然后在Mo薄膜上生长AlN压电薄膜，AlN压电薄膜结晶取向性好，二者之间强界面结合好，结合强度高，与普通工艺相比，结合强度提高10%～25%;
[0014] 3、采用本发明方法制备薄膜体声波谐振器下电极，各种工艺参数可精确控制，获得的薄膜质量高;
[0015] 4、本发明中的制备方法工艺简单，沉积速度快，适于工业化应用。
附图说明
[0016] 图1为实验一中获得Mo电极的表面形貌。
具体实施方式
[0017] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
[0018] 具体实施方式一:本实施方式中的一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法按以下步骤进行:
[0019] 步骤一、将单晶硅片衬底依次放在丙酮、酒精和去离子水中，在超声功率为250W～550W的条件下清洗20min～30min后烘干;
[0020] 步骤二、在阴极弧源内装好Mo靶，将步骤一得到的单晶硅片衬底置于过滤阴极电-6 -6弧沉积设备真空仓内的样品台上，抽真空至1.0×10 Torr～9.9×10 Torr后通入Ar气，-5 -4
控制Ar气流量为40sccm～60sccm，当真空仓内压强达到8.0×10 Torr～1.0×10 Torr时，将样品台转至离子清洗位置，对单晶硅衬底表面进行离子清洗10min～20min，然后关闭氩气，再将样品台转至沉积位置;
[0021] 步骤三、继续对真空仓进行抽真空，当真空度达到1.0×10-6Torr～9.9×10-6Torr时，然后调入扫描波形，设置沉积参数为:电弧电流为60A～120A，沉积时间设为4min～8min，起弧频率为10s/次～15s/次，衬底施加直流负偏压为20V～200V，开启过滤阴极电弧沉积设备，开始对Mo靶施加脉冲特性电源起弧，然后采用平特性电源稳弧，向衬底表面沉积镀膜;
[0022] 步骤四:停弧后，继续对真空仓进行抽真空，当真空度达到1.0×10-6Torr～-69.9×10 Torr时，通入氮气，氮气流量控制在2.6sccm～8.8sccm，调入扫描波形，设置沉积参数为:电弧电流为100A～150A，沉积时间为1min～3min，衬底直流负偏压为100V～
300V，继续沉积Mo薄膜，沉积结束后，即获得氮化改性处理后的下电极Mo薄膜。
[0023] 本发明包括以下优点:
[0024] 1、采用普通工艺得到的Mo薄膜，表面粗糙度为5nm～100nm，而采用本发明方法制备的Mo薄膜的表面粗糙度低于1nm，结构和几何均匀性好，电学及声学性能优良，具有声阻抗大，均匀性性的特点，完全达到压电堆电极要求的标准;
[0025] 2、采用氮化处理的方法，对Mo薄膜表面进行处理，然后在Mo薄膜上生长AlN压电薄膜，AlN压电薄膜结晶取向性好，二者之间强界面结合好，结合强度高，与普通工艺相比，结合强度提高10%～25%;
[0026] 3、采用本发明方法制备薄膜体声波谐振器下电极，各种工艺参数可精确控制，获得的薄膜质量高;
[0027] 4、本发明中的制备方法工艺简单，沉积速度快，适于工业化应用。
[0028] 具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中在超声功率为300W～500W的条件下清洗22min～28min后烘干。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0029] 具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中在超声功率为400W的条件下清洗25min后烘干。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0030] 具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中抽-6 -6真空至2.0×10 Torr～8.0×10 Torr后通入Ar气，控制Ar气流量为45sccm～55sccm，-5 -5
当真空仓内压强达到8.5×10 Torr～9.5×10 Torr时，对单晶硅衬底表面进行离子清洗
12min～18min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0031] 具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中-6抽真空至5.0×10 Torrr后通入Ar气，控制Ar气流量为50sccm，当真空仓内压强达到-5
9.0×10 Torr时，对单晶硅衬底表面进行离子清洗15min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0032] 具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中当-6 -6真空度达到2.0×10 Torr～8.0×10 Torr时，然后调入扫描波形，设置沉积参数为:电弧电流为70A～110A，沉积时间设为5min～7min，起弧频率为11s/次～14s/次，衬底施加直流负偏压为50V～150V。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0033] 具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中当-6真空度达到5.0×10 Torr时，然后调入扫描波形，设置沉积参数为:电弧电流为90A，沉积时间设为6min，起弧频率为13s/次，衬底施加直流负偏压为100V。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0034] 具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤四中当-6真空度达到5.0×10 Torr时，通入氮气，氮气流量控制在5.6sccm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0035] 具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤四中电弧电流为110A～140A，衬底直流负偏压为150V～250V，继续沉积Mo薄膜。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0036] 具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤四中电弧电流为120A，衬底直流负偏压为200V，继续沉积Mo薄膜。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0037] 为验证本发明的有益效果进行了如下实验:
[0038] 实验一:一种薄膜体声波谐振器下电极的制备方法按以下步骤进行:
[0039] 步骤一、将单晶硅片衬底依次放在丙酮、酒精和去离子水中，在超声功率为400W的条件下清洗25min后烘干;
[0040] 步骤二、在阴极弧源内装好Mo靶，将步骤一得到的单晶硅片衬底置于过滤阴极电-6弧沉积设备真空仓内的样品台上，抽真空至5.0×10 Torr后通入Ar气，控制Ar气流量为-5
50sccm，当真空仓内压强达到9.0×10 Torr时，将样品台转至离子清洗位置，对单晶硅衬底表面进行离子清洗15min，然后关闭氩气，再将样品台转至沉积位置;
[0041] 步骤三、继续对真空仓进行抽真空，当真空度达到5.0×10-6Torr时，然后调入扫描波形，设置沉积参数为:电弧电流为90A，沉积时间设为6min，起弧频率为13s/次，衬底施加直流负偏压为100V，开启过滤阴极电弧沉积设备，开始对Mo靶施加脉冲特性电源起弧，然后采用平特性电源稳弧，向衬底表面沉积镀膜;
[0042] 步骤四:停弧后，继续对真空仓进行抽真空，当真空度达到5.0×10-6Torr时，通入氮气，氮气流量控制在5.6sccm，调入扫描波形，设置沉积参数为:电弧电流为120A，沉积时间为2min，衬底直流负偏压为200V，继续沉积Mo薄膜，沉积结束后，即获得氮化改性处理后的下电极Mo薄膜。
[0043] 图1为实验一中获得Mo电极的表面形貌。由图1可以看出采用本发明方法制备的Mo薄膜表面平整，表面粗糙度为0.8nm。经检测，其电学及声学性能优良具有声阻抗大，均匀性佳的特点，完全达到压电堆电极要求的标准。
