[發(fā)明專利]用于紫外探測的薄膜體聲波諧振器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410245703.0
• 申請日: 2014-06-04
• 公開（公告）號: CN104038177A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡娜娜;董樹榮;駱季奎;郭維;卞曉磊
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇艾倫摩爾微電子科技有限公司
• 主分類號: H03H9/17
• 分類號: H03H9/17
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于紫外探測的薄膜體聲波諧振器，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

紫外探測是繼紅外探測和激光探測之后發(fā)展起來的一項新興探測技術(shù)，可廣泛用于科研、軍事、環(huán)保、醫(yī)療等領(lǐng)域。軍事方面，早在20世紀(jì)六七十年代，美國就開始了在紫外波段探測洲際導(dǎo)彈發(fā)射的研究工作，并取得一定的進(jìn)展。世界上第一臺紫外線告警器AAR-47用于美海軍C-130S直升機(jī)和P-3S運輸機(jī)上，并且于1991年投入海灣戰(zhàn)爭中，目前各國正在積極于新型紫外探測器的研制。民用方面，紫外探測已經(jīng)被用于氣體探測與分析、火焰?zhèn)鞲小⑽廴颈O(jiān)測、水銀消毒、發(fā)動機(jī)及鍋爐控制（用于識別熱背景中的紫外線）。

隨著社會的發(fā)展，人們越來越關(guān)注紫外光的輻射與測量，對紫外探測器的需求日益增長。目前廣泛應(yīng)用的是光子探測原理制備的紫外探測器，現(xiàn)有的紫外探測器主要面臨3方面的困難：首先，固體探測器的硅器件，具有紫外波段以外的光頻率響應(yīng)范圍；其次，半導(dǎo)體中載流子的生產(chǎn)和復(fù)合時間較長，使得紫外探測器的靈敏度較低；最后，光生載流子對于電流的改變量很小，需要高昂且微小的探測系統(tǒng)來檢測電流信號。

薄膜體聲波諧振器（FBAR）由于其高工作頻率、高品質(zhì)因素（Q值）、低溫度系數(shù)、高功率承載能力、可集成以及體積小的特點，近年來得到廣泛重視，并在無線通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于FBAR的諧振頻率與體聲波的傳播速度有關(guān)，利用紫外線照射在有效區(qū)域內(nèi)，使半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電子空穴對，改變半導(dǎo)體內(nèi)部載流子的濃度，降低其電阻以及聲波的傳播速度，將其用于紫外探測。美國亞利桑那州立大學(xué)的X.Qiu等人在“Film?bulk?acoustic?wave?resonator(FBAR)?based?ultraviolet?sensor”(Solid-State?sensors,?Actuators?and?Microsystems?Conference,?2009.?Transducers?2009,?International)中提到使用ZnO薄膜體聲波諧振器在365nm、強(qiáng)度為600????????????????????????????????????????????????紫外光的照射下，頻率偏移量為9.8KHz，用于檢測的紫外線強(qiáng)度下限為6.5nW，這項研究證明了使用基于ZnO薄膜的FBAR用于紫外探測的可行性，但是這種使用200nm的Au作為上電極的方法，使得紫外線穿透能力變得十分微弱，作為紫外探測使用，其靈敏度較小。

總而言之，現(xiàn)代通信系統(tǒng)向小型化、集成化、密集復(fù)用化方向發(fā)展，以低成本、簡單操作、可集成的方式實現(xiàn)高量子效率、大面積、高分辨率、寬動態(tài)范圍、高速、低噪聲、響應(yīng)波長完全處于紫外光譜的紫外探測器成為一種迫切的需求。因此，需要一種體積小、結(jié)構(gòu)簡單、高Q值的FBAR用于紫外探測。

發(fā)明內(nèi)容

目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種用于紫外探測的薄膜體聲波諧振器，能夠在不影響防護(hù)器件觸發(fā)電壓的前提下提高維持電壓，來避免閂鎖效應(yīng)。?

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種用于紫外探測的薄膜體聲波諧振器，其特征在于：包括連續(xù)堆疊在同一個襯底上成為一體的壓電振蕩堆和聲波反射層；其中，壓電振蕩堆包括自下而上依次沉積的底電極、壓電層和上電極；所述上電極的材質(zhì)為具有紫外透射性且能夠與壓電層形成肖特基結(jié)的金屬薄膜，便于紫外光線透過上電極照射在壓電層上；

所述聲波反射層包括基片、基片上沉積的支撐層、壓電振蕩堆沉積在支撐層上；所述聲波反射層為空氣隙結(jié)構(gòu)、或布拉格反射層結(jié)構(gòu)、或背腔刻蝕結(jié)構(gòu)；當(dāng)聲波反射層為背腔刻蝕結(jié)構(gòu)，所述基片上設(shè)置有刻蝕形成的空氣腔。

所述壓電層的材質(zhì)為ZnO，厚度為500-5000nm。

所述上電極金屬薄膜的在紫外波段的透射率大于60%。

所述底電極的材質(zhì)為Al或Au，厚度為10-300nm。

所述上電極的材質(zhì)為柵格狀結(jié)構(gòu)的Ag，采用直流反應(yīng)磁控濺射或者射頻反應(yīng)磁控濺射的方式沉積形成，厚度為50-150nm。

所述上電極的材質(zhì)也可以為Au，采用電子束蒸發(fā)或者熱蒸發(fā)的方式沉積形成，厚度為5-50nm。