Содержание к диссертации
Введение
1 Микроэлектронные оав-резонаторы и полосовые фильтры на их основе 12
1.1 Конструкции и технология изготовления микроэлектронных ОАВ-резонаторов 12
1.2 Сравнительный анализ характеристик микроэлектронных ОАВ-резонаторов 18
1.3 Конструкция микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем 20
1.4 Материалы, используемые в микроэлектронных ОАВ-резонаторах с брэгговским отражателем 22
1.5 Модели микроэлектронных ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем
1.5.1 Одномерная модель Мэзона 27
1.5.2 Модель КЛМ 29
1.5.3 Модель Баттерворта-ван Дейка 30
1.5.4 Одномерная модель Новотного-Бенеша 32
1.6 Полосовые фильтры на микроэлектронных ОАВ-резонаторах 34
1.6.1 Основные типы полосовых фильтров 34
1.6.1.1 Фильтры на электрически связанных резонаторах 36
1.6.1.2 Фильтры на акустически связанных резонаторах 39
1.6.1.3 Гибридные фильтры
1.6.2 Сравнительный анализ полосовых фильтров на ОАВ 43
1.6.3 Требования к микроэлектронным ОАВ-резонаторам, применяемым в фильтрах 46
1.7 Выводы 49
2 Моделирование микроэлектронных оав-резонаторов 50
2.1 Методика расчета параметров микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем 50
2.2 Влияние акустического отражателя на характеристики микроэлектронных ОАВ-резонаторов 55
2.2.1 Влияние высокоимпедансных слоев на акустические свойства
брэгговского отражателя 55
2.2.2 Влияние количества слоев брэгговского отражателя на электрические параметры ОАВ-резонатора 58
2.2.3 Влияние погрешности толщины слоев на характеристики брэгговского отражателя 60
2.2.4 Влияние диэлектрического слоя в брэгговском отражателе на характеристики ОАВ-резонатора 61
2.3 Влияние геометрических размеров электродов на характеристики
микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем 65
2.3.1 Влияние площади верхнего электрода на параметры ОАВ-резонатора 65
2.3.2 Влияние толщины верхнего электрода на параметры ОАВ-резонатора 67
2.4 Выводы 71
3 Разработка конструкции и технологии изготовления микроэлектронных оав-резонаторов 73
3.1 Разработка конструкции микроэлектронного ОАВ-резонатора 73
3.1.1 Конструкция брэгговского отражателя 74
3.1.2 Конструкция пьезоэлектрического преобразователя 75
3.2 Разработка технологии изготовления микроэлектронного ОАВ-резонатора 76
3.2.1 Технологический процесс изготовления тонкопленочных слоев микроэлектронного ОАВ-резонатора 78
3.2.2 Методы исследования тонкопленочных слоев микроэлектронного ОАВ-резонатора 80
3.2.3 Исследование пьезоэлектрических пленок оксида цинка 83
3.2.4 Исследование пленок молибдена 86
3.2.5 Исследование пленок алюминия 97
3.2.6 Исследование пленок диоксида кремния 100
3.2.7 Технологический процесс изготовления микроэлектронного ОАВ-резонатора 101
3.3 Выводы 105
4 Экспериментальное исследование и применение микроэлектронных ОАВ-Резонаторов 106
4.1 Методы исследования электрических параметров ОАВ-резонаторов 106
4.2 Влияние технологических параметров на характеристики микроэлектронных ОАВ-резонаторов 108
4.3 Влияние конструктивных параметров на характеристики ОАВ-резонаторов 109
4.4 Сравнение характеристик разработанных резонаторов с аналогами 112
4.5 Особенности фильтров на микроэлектронных ОАВ-резонаторах
4.5.1 Использование конструктивных параметров ОАВ-резонатора для управления его характеристиками 115
4.5.2 Использование внешних пассивных элементов для управления электрическими характеристиками микроэлектронных ОАВ-резонаторов 118
4.6 Проектирование полосовых фильтров на основе микроэлектронного ОАВ-резонатора 123
4.6.1 Метод топологического проектирования полосовых фильтров на основе микроэлектронных ОАВ-резонаторов 123
4.6.2 Лестничные фильтры на микроэлектронных ОАВ-резонаторах 124
4.7 Конструктивно-технологические решения по изготовлению полосовых фильтров на основе микроэлектронных ОАВ-резонаторов 127
4.8 Выводы 129
Заключение 130
Список сокращений 132
- Модели микроэлектронных ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем
- Влияние акустического отражателя на характеристики микроэлектронных ОАВ-резонаторов
- Разработка технологии изготовления микроэлектронного ОАВ-резонатора
- Использование конструктивных параметров ОАВ-резонатора для управления его характеристиками
Модели микроэлектронных ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем
Технология изготовления резонаторов мембранного типа является микросистемной технологией и совместима с технологией изготовления полупроводниковых элементов, которые можно сформировать на этой же подложке совместно с резонаторами. Представленная технология позволяет получать сложные мембраны и изготавливать полосовые фильтры на основе указанных резонаторов. Конструкция резонатора мембранного типа имеет следующие недостатки: мембрана является механически непрочной с низкой воспроизводимостью параметров и чувствительна к внешним воздействиям, а при изготовлении резонатора требуется достаточно сложный и трудоемкий процесс формирования полости в подложке. Исследования показали, что данный тип резонаторов сложно получать с хорошей добротностью [1]. Максимальное значение добротности составило 800 единиц для резонаторов на основе пленки оксида цинка [11].
Резонаторы мембранного типа на практике используются в датчиках различных физических величин.
Принцип работы резонатора с воздушным зазором аналогичен принципу работы кварцевого резонатора, который с двух сторон нагружен на акустический импеданс воздуха [12]. Конструкция резонатора с воздушным зазором представлена на рис. 1.3 [13, 14, 15]. В зарубежной литературе данный тип резонатора называется, как Air-Gap Resonator [14] и Air-Bridge Resonator [15].
Особенностью создания резонатора с воздушным зазором является использование в процессе изготовления жертвенного слоя, который предназначен для формирования воздушной полости резонатора. Для этого на подложке сначала формируют конфигурацию жертвенного слоя, а затем структуру преобразователя. Через предварительно сформированные отверстия (методом химического травления) в преобразователе вытравли 15 вают жертвенный слой методом селективного травления. В результате образуется воздушный зазор (воздушная полость), а резонатор оказывается нагруженным на акустический импеданс воздуха с двух сторон. Основное достоинство этой конструкции – возможность работать на основной моде (за счет воздушного зазора). Необходимо отметить, что жертвенный слой должен быть технологически совместим с материалами, которые формируются при дальнейшем изготовлении структуры преобразователя [13]. Для резонаторов на основе пленки из нитрида алюминия получено максимальное значение добротности равное 2630 единиц [16].
Высокая чувствительность тонкопленочной структуры резонатора с воздушным зазором (за счет ее малой толщины) к изменениям параметров окружающей среды, позволяет использовать данные резонаторы в датчиках различных физических величин. Однако наличие воздушного зазора снижает надежность резонатора. Случайное попадание микрочастиц в воздушный зазор приводит к выходу резонатора из строя. Малая механическая прочность структуры и плохая воспроизводимость свойств значительно сдерживает практическое применение этой конструкции резонатора.
Недостатки всех рассмотренных конструкций резонаторов в большей мере устраняются в конструкции резонатора с акустическим брэгговским отражателем. Такой резонатор представляет собой многослойную структуру, сформированную на диэлектрической или полупроводниковой подложке, рис. 1.4.
В данной структуре пьезоэлектрический преобразователь акустически изолирован от подложки с помощью брэгговского отражателя. Эта структура является аналогом оптического брэгговского отражателя [17, 18]. Резонансные характеристики определяются толщиной пьезоэлектрического слоя и толщинами верхнего и нижнего электродов. Многослойная структура обладает высокой механической прочностью [1, 2]. В зарубежной литературе данные резонаторы называют Solidly Mounted Resonator [19-21]. Структуру резонатора формируют последовательным напылением слоев брэгговского отража 16 теля и пьезоэлектрического преобразователя в вакууме. В зависимости от требуемой конфигурации резонатора, в процессе формирования его структуры может использоваться от одной до трех - четырех операций фотолитографии.
На основе резонаторов с брэгговским отражателем разработаны полосовые фильтры, работающие на частотах до 10 ГГц [1, 22], генераторы, управляемые напряжением [23, 24], различные датчики физических величин и биосенсоры [25-28]. Эти устройства технологически совместимы с полупроводниковыми интегральными схемами.
Каждая из представленных конструкций резонаторов используется для создания частотно-избирательных устройств, решающих те или иные частные задачи. В таблице 1.1 представлены сравнительные характеристики основных типов микроэлектронных ОАВ-резонаторов.
Сравнительный анализ конструкций ОАВ-резонаторов показывает перспективность использования резонатора мембранного типа и резонатора с брэгговским отражателем для создания частотно-избирательных устройств различного назначения. Эти две конструкции резонаторов наиболее часто используются в современной СВЧ технике. Однако у каждой конструкции резонатора существуют свои технологические особенности их изготовления, сравнительный анализ которых проведен автором в работе [29]. Представленный анализ показал, что технология изготовления резонатора с брэгговским отражателем наиболее простая и не требует использования дополнительного специального оборудования и агрессивных химических реагентов.
Влияние акустического отражателя на характеристики микроэлектронных ОАВ-резонаторов
Для создания микроэлектронных ОАВ-резонаторов с требуемыми параметрами необходимо учитывать физические процессы, происходящие в его структуре. Одним из путей решения этой задачи является использование моделей, представленных в разделе 1. Каждая из моделей позволяет достаточно точно рассчитать характеристики как брэг-говского отражателя, так и ОАВ-резонатора в целом, в зависимости от свойств используемых материалов, а также от конструктивных и технологических возможностей изготовления. Использование известной электроакустической аналогии в моделях позволяет упростить задачи, связанные с исследованием влияния различных факторов на работу резонатора. Следовательно, моделирование характеристик ОАВ-резонаторов позволит прогнозировать и определять электрические параметры резонаторов, необходимые для построения фильтров.
С этой целью предлагается методика расчета параметров микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем, которая включает следующие этапы: 1) Выбор (определение) конструкции брэгговского отражателя и геометрических размеров пьезоэлектрического преобразователя; 2) Проведение аналитических исследований акустических свойств брэгговского отражателя (частотные зависимости входного акустического импеданса, коэффициентов отражения и пропускания) в зависимости от изменяемых конструктивных и/или технологических параметров отражателя; 3) Проведение аналитических исследований частотных зависимостей входного электрического импеданса и активной проводимости микроэлектронного ОАВ резонатора в зависимости от изменяемых конструктивных и/или технологических пара метров пьезоэлектрического преобразователя; 4) Определение электрических параметров ОАВ-резонатора из полученных частот ных зависимостей входного электрического импеданса и активной проводимости резо натора (4/р, Zs, Zp, Gmax, 0; 5) Определение параметров эквивалентной электрической схемы резонатора по модифицированной модели Баттерворта-ван Дейка (С0, До, Ст, Lm, Rm, Rel), используя электрические параметры ОАВ-резонатора, полученные из частотных зависимостей входного электрического импеданса и активной проводимости, и конструктивные параметры резонатора; 6) Анализ возможностей управления резонансными характеристиками ОАВ-резонаторов с использованием изменяемых параметров в их конструкции. Выбор конструкции брэгговского отражателя определяется его акустическими параметрами. Важными параметрами для брэгговского отражателя являются входной акустический импеданс, коэффициенты отражения и пропускания акустической волны в структуре, частотные зависимости которых определяются по формулам (1.1) - (1.3). Параметры брэгговского отражателя, в основном, определяются свойствами материалов, из которых формируются пленочные слои многослойной структуры отражателя, а также их количеством и толщиной каждого слоя.
Если пленочные слои в брэгговском отражателе имеют толщину hс = XIА (где X - длина продольной акустической волны), то входной акустический импеданс имеет только реальную часть выражения (1.1) и определяется простым выражением. В случае, когда на подложке сформирован один слой брэгговского отражателя (рис. 2.1), входной акустический импеданс со стороны верхнего слоя (zS?) определяется выражением
Для двух слоев с разными значениями акустических импедансов Zс1, Zс2 и толщинами, равными hс = Ясі/4, /?с2 = Ас2/4 (рис. 2.2), выражение для входного акустического импеданса запишется в виде: ( Z 2\2 с1 Zп . (2-2) Для N слоев (чередование слоев с акустическими импедансами Zс1, Zс2 и толщинами, равными hс1 = А,с1/4, /zс2 = Ас2/4) можно рассмотреть два случая (рис. 2.3). Если N=2n - четное число слоев, тогда акустический импеданс можно записать в виде 2я (2.3) Zo Если N=2n+1 – нечетное число слоев, тогда акустический импеданс определяется следующим выражением: (Л0 Zc 2я+1 Z c2 Zп (2.4) у(2) Zс2 Zс1 z Рис. 2.2. Схема располп ожения двух пленочных слоев на подложке. y(N) Zс2 Zс1 Zп N слоев Рис. 2.3. Схема расположения N-го числа пленочных слоев на подложке. Выражение (1.1) для входного акустического импеданса брэгговского отражателя было использовано при исследовании влияния погрешности толщины слоев на характе 53 ристики отражателя, так как на практике сложно получить пленки с толщиной, соответствующей номинальному значению (Я/4).
Если на подложке сформирована структура из чередующихся между собой пленочных слоев с разными значениями акустического импеданса, то входной акустический импеданс всей структуры со стороны верхнего слоя будет значительно меньше, чем у подложки. В данной конструкции задача брэгговского отражателя заключается в уменьшении акустического импеданса со стороны подложки до минимального значения, что будет эквивалентно акустическому импедансу воздуха. Это позволит получить микроэлектронный резонатор на ОАВ с хорошими электрическими характеристиками.
Эффективность работы брэгговского отражателя оценивают по частотным зависимостям коэффициента отражения (R 99,95 %) и пропускания (Т -35 дБ) акустической волны в его структуре [46], а значения этих коэффициентов определяют по формулам (1.2) и (1.3).
К факторам, влияющим на электрические характеристики микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем, относятся конструктивные особенности пьезоэлектрического преобразователя, а именно: конфигурация (площадь) электродов и их толщина [55, 116, 117]. Частотные зависимости электрического импеданса и проводимости ОАВ-резонаторов, определяются с помощью модели Мэзона по формуле (1.4). Качество резонаторов оценивается по величине добротности на частоте последовательного резонанса (Qs), которая определяется по кривой активной проводимости (G), таким образом, что Qs равна величине обратной относительной полосе частот между точками, где G = GmJ2 [41]. Данная методика расчета характеристик брэгговского отражателя использована автором в работах [109-111].
Электрические параметры микроэлектронного резонатора можно оценить, используя схему замещения резонатора по модифицированной модели Баттерворта-ван Дейка, представленной в подразделе 1.5.3. Номиналы элементов модифицированной эквивалентной электрической схемы модели Баттерворта-ван Дейка также могут определяться из экспериментальных характеристик резонатора по следующим формулам [112]: .10) /A где є0 - электрическая постоянная; sT - относительная диэлектрическая проницаемость материала пьезоэлектрического слоя; dpz - толщина пьезоэлектрического слоя; /е1, bel, del - длина, ширина и толщина электродов пьезоэлектрического преобразователя, соответственно; ре1 - сопротивление материала электродов пьезоэлектрического преобразователя; Qs, Qv - добротность резонатора при последовательном и параллельном резонансах. Полученные номиналы эквивалентных электрических параметров можно использовать при проектировании полосовых фильтров на основе микроэлектронных резонаторов с брэгговским отражателем. На основе данной методики можно исследовать влияние следующих параметров на характеристики микроэлектронных ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем: 1) конструктивные параметры: - количество слоев в брэгговском отражателе; - акустические свойства материалов для брэгговского отражателя; - электрические параметры тонкопленочных электродов в пьезоэлектрическом преобразователе; - толщина электродов пьезоэлектрического преобразователя; - площадь электродов пьезоэлектрического преобразователя; 2) Технологические параметры: - погрешность толщины слоев брэгговского отражателя; - шероховатость поверхности слоев брэгговского отражателя; - пьезоэлектрические свойства пленок оксида цинка, нитрида алюминия и других пленок для пьезоэлектрического преобразователя;
Разработка технологии изготовления микроэлектронного ОАВ-резонатора
Разработка микроэлектронных ОАВ-резонаторов с брэгговским отражателем с заданными эксплуатационными параметрами предполагает выполнение необходимого ряда требований по улучшению их конструкций и упрощению технологии изготовления. Суммарное число слоев микроэлектронного ОАВ-резонатора с акустическим брэггов-ским отражателем на основе пленок молибдена и алюминия составляет 13-16 слоев. Следовательно, полученная структура резонатора имеет достаточно большую толщину, что усложняет технологию его получения и оказывает существенное влияние на параметры резонатора, его стабильность и надежность. Например, для резонансной частоты 3 ГГц толщина всей структуры резонатора, включающей брэгговский отражатель (пять пар слоев молибдена и алюминия), пьезоэлектрическую пленку оксида цинка и два алюминиевых электрода, составляет более 6 мкм. При такой толщине в структуре резонатора могут возникнуть значительные механические напряжения, что может привести к ее отслаиванию от подложки. Поэтому в выборе материалов пленочных слоев резонатора важную роль играют упругие, механические и акустические свойства этих материалов.
Конструкция микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем состоит из двух частей: пьезоэлектрический преобразователь и акустический брэгговский отражатель. При разработке конструкции и топологии ОАВ-резонатора необходимо руководствоваться требованиями, предъявляемыми к тонкопленочным слоям резонатора с брэгговским отражателем, а также учитывать технологические ограничения и, вслед 74 ствие этого, возникающие трудности при изготовлении ОАВ-устройств. Изготовление резонатора содержит два основных процесса: процесс напыления многослойной тонкопленочной структуры и операция фотолитографии - формирование топологии резонатора. В первую очередь необходимо учитывать возможность формирования слоев ОАВ-резонатора в едином технологическом цикле, а также возможность селективного травления слоев резонатора для формирования его топологии.
Конструкция брэгговского отражателя включает в себя многослойную структуру, состоящую из тонкопленочных слоев с толщиной равной четверти длины продольной акустической волны, проходящей через слой материала. Многослойная структура брэг-говского отражателя может содержать до 10 и более слоев, что может привести к возникновению механических напряжений в структуре и, как следствие, к отслаиванию этой многослойной структуры от подложки. Для устранения этой проблемы необходимо контролировать и минимизировать механические напряжения в пленочных слоях резонатора. Другой проблемой формирования брэгговского отражателя является шероховатость поверхности пленок, величина которой растет при увеличении толщины многослойной структуры. Отметим, что важным параметром пленок является значение их удельного электрического сопротивления, которое показывает качество полученной пленки.
В разделе 2 проведены аналитические исследования и моделирование характеристик брэгговского отражателя, определены количество и материалы слоев для отражателя. В качестве слоев отражателя выбраны пленки молибдена, алюминия и диоксида кремния. В таблице 3.1 представлены толщины слоев брэгговского отражателя в зависимости от рабочей частоты резонатора.
Из данных таблицы 3.1 видно, что с увеличением рабочей частоты резонатора происходит уменьшение толщины слоев. При дальнейшем исследовании свойств пленочных слоев брэгговского отражателя будут использоваться значения толщин пленок в рассматриваемом частотном диапазоне. Разработанная конструкция брэгговского отражателя исследована автором в работах [113, 114, 120].
В настоящее время существуют разные топологии ОАВ-резонатора, следовательно, и разное число операций при изготовлении резонатора, в частности, разное число операций фотолитографии. Таким образом, разработка топологии, а, следовательно, и технологии изготовления ОАВ-резонатора может включать в себя от одной до трех и более операций фотолитографии. На рис. 3.1 схематично представлены наиболее часто используемые на практике конструкции и топологии ОАВ-резонатора.
На рис. 3.1 (а) представлена топология микроэлектронного резонатора, изготовленного с использованием трех операций фотолитографии. Формирование топологии резонатора происходило в следующем порядке. После напыления акустического брэг-говского отражателя, последним слоем которого является диэлектрическая пленка, формируется конфигурация нижнего электрода (1-я операция фотолитографии). Затем напыляют пьезоэлектрический слой и металлическую пленку для верхнего электрода. После этого выполняют вторую фотолитографию и формируют конфигурацию верхнего электрода. Далее третья операция фотолитографии выполняется для вскрытия окна в пьезоэлектрической пленке, обеспечивая доступ к нижнему электроду. Эта технология является достаточно трудоемкой (три операции фотолитографии). В процессе жидкостного химического травления на пьезоэлектрическую пленку воздействуют водные растворы химических травителей, что может сказываться как на качестве пленки, так и на загрязнении ее поверхности. Поэтому после проведения жидкостного химического травления необходима дополнительная операция очистки поверхности, например, ионным травлением, чтобы обеспечить чистую поверхность для надежного контакта к нижнему электроду. Отметим, что увеличение количества операций фотолитографии отрицательно сказывается на качестве микроэлектронных резонаторов.
Топология, представленная на рис. 3.1 (б), является более технологичной. Для получения такой конфигурации необходимо выполнить только одну операцию фотолито 76 графии. С помощью данной операции формируется конфигурация верхнего электрода и электрода, с помощью которого осуществляется высокочастотная связь к нижнему электроду. Такая топология приемлема для надежного контакта высокочастотных зондов типа G-S-G к контактным площадкам микроэлектронного резонатора.
Использование конструктивных параметров ОАВ-резонатора для управления его характеристиками
Немаловажным вопросом является зависимость изменения удельного электрического сопротивления, механических напряжений и шероховатости поверхности пленок молибдена от их толщины (рис. 3.11). Как было показано в разделе 2, толщина пленок является одним из определяющих параметров в конструкции ОАВ-резонаторов. Поэтому при использовании пленок молибдена в виде высокоимпедансных слоев акустического брэгговского отражателя необходимо учитывать, что в диапазоне рабочих частот микроэлектронного ОАВ-резонатора от 2 ГГц до 10 ГГц требуемая толщина молибденовых слоев изменяется от 0,8 мкм до 0,2 мкм.
С ростом толщины пленок молибдена наблюдается уменьшение значений удельного электрического сопротивления, рис. 3.11 (а). Увеличение толщины пленки Мо приводит к уменьшению сжимающих механических напряжений, рис. 3.11 (б). Это может быть связано с уменьшением деформации кристаллической решетки при увеличении толщины пленки. Необходимо также отметить наличие минимума шероховатости по 96 верхности при определенной толщине пленки молибдена, рис. 3.11 (в). Полученные зависимости удельного электрического сопротивления пленок Мо от толщины пленок молибдена согласуются с результатами, представленными в работе [143].
Влияние толщины пленки молибдена на её свойства (P0 = 0,27 Па; W0 = 9 Вт/см2; = 0,13; Ts = 473 К): удельное электрическое сопротивление (а); механические напряжения (б); среднеквадратичное отклонение высоты неровностей поверхности (в) пленок. Таким образом, установлено, что пленки молибдена на ситалловых подложках имеют сжимающий характер механических напряжений. Минимальное значение механических напряжений в пленках молибдена составляет -0,5 ГПа. Минимальное значение среднеквадратичного отклонения высоты неровностей поверхности пленок молибдена составляет 1,12 нм, а минимальное значение удельного электрического сопротивления достигает значения 16 мкОмсм.
Результаты исследований позволили определить оптимальные технологические режимы, удовлетворяющие требованиям к пленочным слоям микроэлектронного ОАВ-резонатора с брэгговским отражателем, и определены значения параметров: - рабочее давление в вакуумной камере 0,26…0,28 Па; - удельная мощность на мишени 7…9 Вт/см2; - коэффициент, характеризующий значение потока аргона, поступающего в ваку умную камеру 0,12…0,13; - температура подложки в процессе напыления 460…480 K. Тонкопленочные молибденовые слои для опытных образцов микроэлектронных ОАВ-резонаторов были изготовлены при полученных параметрах технологических режимов магнетронного напыления.
Пленки алюминия используются в качестве низкоимпедансных слоев акустического брэгговского отражателя и в качестве тонкопленочных электродов микроэлектронного ОАВ-резонатора. Известно, что полученные термическим, электронно-лучевым испарением или ионным распылением, пленки алюминия имеют развитую поверхность. Наличие на поверхности бугорков (холмиков), нитевидных кристаллов и крупных зерен алюминия определяет большую шероховатость поверхности пленок. Поэтому при изготовлении микроэлектронных ОАВ-резонаторов возникает проблема получения алюминиевых пленок с гладкой поверхностью без бугорков (холмиков), нитевидных кристаллов и крупных зерен. Отметим, что большая шероховатость поверхности пленок алюминия снижает надежность акустоэлектрического преобразователя и увеличивает затухание объемной акустической волны, проходящей через пленку, а значит и уменьшает надежность резонатора в целом.
На рис. 3.12 представлен фрагмент поверхности пленки алюминия с величиной среднеквадратичного отклонения шероховатости поверхности пленки Sq = 39,25 нм. Большая шероховатость поверхности пленок алюминия не соответствует требованию для изготовления микроэлектронного ОАВ-резонатора и полосовых фильтров на их основе. В работе [41] показано влияние шероховатости поверхности брэгговского отража 98 теля на электрические характеристики ОАВ-резонатора. Брэгговский отражатель состоял из четырех пар слоев молибдена и титана. Шероховатость поверхности брэгговского отражателя составила 43,7 нм и привела к слабому частотному отклику резонатора. Уменьшение шероховатости поверхности брэгговского отражателя до 13,9 нм позволило получить резонатор с добротностью 140 единиц. Таким образом, для получения высокодобротного микроэлектронного ОАВ-резонатора необходимо уменьшать шероховатость поверхности пленок алюминия до единиц нанометров.
Для сглаживания шероховатости поверхности пленки алюминия было предложено новое технологическое решение по магнетронному распылению [123]. Для этого использовался геттерный материал, например, иттрий. Величина удельного электрического сопротивления пленок иттрия выше, чем у пленок алюминия и, поэтому была измерена величина удельного электрического сопротивления пленок алюминия с иттрием в зависимости от (см. 3.2.1). В таблице 3.4 приведены данные удельного электрического сопротивления и среднеквадратичного отклонения шероховатости поверхности пленки алюминия с иттрием. На рис. 3.13 и рис. 3.14 проиллюстрированы зависимости удельного электрического сопротивления и среднеквадратичного отклонения шероховатости поверхности пленки алюминия от соотношения суммарной площади пластинок иттрия к суммарной площади области эрозии алюминиевой мишени ().
Из полученных результатов видно, что при значении менее 2,0 % происходит не полное сглаживание поверхности пленки алюминия, увеличивается среднеквадратичное отклонение высоты неровностей поверхности пленки. При значении более 6,0 % увеличивается среднеквадратичное отклонение высоты неровностей поверхности пленки (рис. 3.14). Наблюдается возрастание удельного электрического сопротивления алюминиевой пленки, рис. 3.13. При значениях от 2,0 % до 6,0 % наблюдаются мини мальные значения шероховатости поверхности пленки алюминия (Sq = 3,78 нм) и значения удельного электрического сопротивления ( = 8,1 мкОмсм) приемлемы для использования пленок алюминия в качестве низкоимпедансных слоев брэгговского отражателя и тонкопленочных электродов. На рис. 3.15 приведены АСМ-изображения поверхности пленок алюминия, полученные для различных значений соотношения суммарной площади пластинок иттрия к суммарной площади области эрозии алюминиевой мишени.