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研究生:鍾崇仁
研究生(外文):Chung-Jen Chung
論文名稱:使用二氧化矽薄膜作為質子交換鈮(鉭)酸鋰表面聲波溫度補償之研究
論文名稱(外文):The Study of Temperature Compensation with SiO2 Films on Proton-Exchanged LiNbO3 and LiTaO3 for Surface Acoustic Wave
指導教授:陳英忠
指導教授(外文):Ying-Chung Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:電機工程學系研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:表面聲波質子交換頻率溫度係數
外文關鍵詞:SAWTCFPE
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本論文使用質子交換法在Z軸切面LiNbO3及36°-Y切面LiTaO3基板上研製波導,由XRD分析發現質子酸對於此兩種基板的交換機制不同,導致其表面聲波波速的變化情形不同,在頻率溫度係數(Temperature Coefficient of Frequency, TCF)及插入損失(Insertion Loss, IL)方面,此兩種基板經過質子酸交換後的頻率溫度係數及插入損失均往負向變動。
另外本研究亦使用射頻磁控濺鍍法,將二氧化矽薄膜沈積在LiNbO3基板及LiTaO3基板上,並在SiO2薄膜上製作指叉換能器。由實驗發現,隨著SiO2薄膜厚度的增加,SAW元件之頻率溫度係數往正向變動。
最後,在質子酸交換後的LiNbO3基板及LiTaO3基板上,以射頻磁控濺鍍法成長不同厚度之SiO2薄膜;由實驗結果得知,隨著SiO2薄膜厚度的增加,表面聲波濾波器TCF亦隨之增加,證實了SiO2薄膜可以補償經過質子交換後的頻率溫度係數
In this study, proton-exchanged (PE) waveguides in Z-cut LiNbO3 and 36°-Y LiTaO3 have been fabricated using octanoic acid. The XRD analysis shows that the proton-exchange mechanism is different for LiNbO3 and LiTaO3 substrate, which results in a different variation of SAW velocity. For the temperature coefficient of frequency (TCF) and insertion loss (IL), the absolute values of both increase with the depth of proton-exchanged LiNbO3 and LiTaO3 substrates.
In addition, the rf magnetron sputtering method is adopted to deposit SiO2 thin films on LiNbO3 and LiTaO3 piezoelectric substrates. Then the interdigital transducers (IDTs) were fabricated on the bi-layer structure. The film thickness of SiO2 was varied in order to investigate its effect on SAW devices. From the experimental results, TCF of SAW filters increase with the increased thickness of SiO2 thin film.
At last, SiO2 thin films were deposited on proton-exchanged LiNbO3 and LiTaO3 substrates, respectively. From the experimental results for the SAW properties on the SiO2/PE-LiNbO3 and SiO2/PE-LiTaO3 structures, it reveals that the TCF of SAW filters increases with the increased thickness of SiO2 thin films. And we can conclude that SiO2 thin films can compensate the TCF of proton-exchanged LiNbO3 and LiTaO3
第一章 前言 1
第二章 理論分析 5
2.1 LiNbO3的結構與特性 5
2.2 LiTaO3的結構與特性 7
2.3 SiO2的結構與特性 8
2.4 質子交換法 8
2.5射頻磁控濺鍍法 10
2.5.1 輝光放電 10
2.5.2 磁控濺射 11
2.5.3 射頻濺射 11
2.6 SAW元件的理論與特性 12
2.6.1 SAW元件的特點 12
2.6.2 SAW元件的基本設計 13
2.7 SAW元件的參數性質 13
2.7.1 VP測量 13
2.7.2 IL測量 14
2.7.3 TCF測量 15
第三章 實驗 16
3.1基板的清洗 16
3.2 LiNbO3與LiTaO3波導的形成 17
3.3 濺鍍系統與薄膜沈積 18
3.4 X光繞射(X-Ray Diffraction, XRD)分析 19
3.5掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM)分析 19
3.6 分光式橢圓儀(Spectroscopic Ellipsometer)分析 20
3.7 SAW元件的製作 21
3.8 光學顯微鏡分析 22
3.9 元件測量 22
第四章 結果與討論 24
4.1質子交換LiNbO3及LiTaO3之材料特性分析 24
4.1.1 LiNbO3之XRD分析 24
4.1.2 LiTaO3之XRD分析 25
4.1.3 XRD分析討論 25
4.2射頻濺鍍SiO2薄膜之材料特性分析 26
4.3質子交換LiNbO3及LiTaO3之SAW分析 26
4.3.1 質子交換LiNbO3之SAW分析討論 26
4.3.2 質子交換LiTaO3之SAW分析討論 27
4.3.3 質子交換LiNbO3及LiTaO3之SAW分析討論 28
4.4 SiO2/LiNbO3及SiO2/LiTaO3之SAW分析 28
4.4.1 SiO2/LiNbO3之SAW分析討論 28
4.4.2 SiO2/LiTaO3之SAW分析討論 29
4.4.3 SiO2/LiNbO3及SiO2/LiTaO3之SAW分析討論 30
4.5 SiO2/PE-LiNbO3及SiO2/PE-LiTaO3之SAW分析 31
4.5.1 SiO2/PE-LiNbO3與SiO2/PE-LiTaO3之Vp分析討論 31
4.5.2 SiO2/PE-LiNbO3與SiO2/PE-LiTaO3之IL分析討論 32
4.5.3 SiO2/PE-LiNbO3與SiO2/PE-LiTaO3之TCF分析討論 32
第五章 結論 33
參考文獻 35


圖表目錄
圖2-1 複三方錐面示意圖 38
圖2-2 (a)當溫度低於居里溫度時,LiNbO3晶體呈現鐵電性 38
(b)當溫度高於居里溫度時,LiNbO3晶體呈現順電性 38
圖2-3 LiTaO3晶體的結構示意圖 39
圖2-4 直流輝光放電結構與電位分佈圖 40
圖2-5 平面型圓形磁控之結構圖 41
圖2-6 平面磁控結構及電子運動路徑 41
圖2-7 由縱波與剪波組合而成的SAW: 42
圖2-8 設計SAW元件的窗口函數技術 43
圖3-1 實驗流程圖 44
圖3-2 射頻磁控濺鍍系統構造圖 45
圖3-3 射頻磁控濺鍍系統操作之流程圖 46
圖3-4 SiO2薄膜沉積在LiNbO3基板上的濺鍍時間對薄膜厚度之關係 47
圖3-5 SiO2薄膜沉積在LiTaO3基板上的濺鍍時間對薄膜厚度之關係 47
圖3-6 橢圓儀之示意圖 48
圖3-7 IDT 電極製作之流程圖 49
圖3-8 舉離法製程之示意圖 50
圖4-1 純Z軸切面LiNbO3繞射圖 51
圖4-2 質子交換1小時之LiNbO3繞射圖 51
圖4-3 (a)質子交換6小時之LiNbO3繞射圖 52
(b)質子交換11小時之LiNbO3繞射圖 52
圖4-4 質子交換0、1、3、6、9、11小時之LiNbO3繞射圖 53
圖4-5 36°-Y LiTaO3單晶基板繞射圖 54
圖4-6 質子交換0、1、3、6、9、11小時之LiTaO3繞射圖 55
圖4-7 濺鍍薄膜與標準SiO2試片之折射率與波長關係圖 56
圖4-8 沉積SiO2薄膜在LiNbO3基板上之SEM剖面圖 56
圖4-9 質子交換LiNbO3後,Vp對kd之關係圖 57
圖4-10 質子交換LiNbO3後,(f-f0)/f0對溫度之關係圖 57
圖4-11 質子交換LiNbO3在T=20℃下,TCF對kd之關係圖 58
圖4-12 質子交換LiTaO3後,Vp對交換時間之關係圖 58
圖4-13 質子交換LiTaO3後,(f-f0)/f0對溫度之關係圖 59
圖4-14 質子交換LiTaO3在T=20℃下,TCF對交換時間之關係圖 59
圖4-15 於SiO2/LiNbO3結構中,Vp對h/λ之關係圖 60
圖4-16 於SiO2/LiNbO3結構中,IL對h/λ之關係圖 60
圖4-17 於SiO2/LiNbO3結構中,(f-f0)/f0對h/λ之關係圖 61
圖4-18 SiO2/LiNbO3結構在T=20℃下,TCF對h/λ之關係圖 61
圖4-19 於SiO2/LiTaO3結構中,Vp對h/λ之關係圖 62
圖4-20 於SiO2/LiTaO3結構中,IL對h/λ之關係圖 62
圖4-21 於SiO2/LiTaO3結構中,(f-f0)/f0對溫度之關係圖 63
圖4-22 SiO2/LiTaO3結構在T=20℃下,TCF對h/λ之關係圖 63
圖4-23 於SiO2/PE-LiNbO3結構中,Vp對h/λ之關係圖 64
圖4-24 於SiO2/PE-LiTaO3結構中,Vp對h/λ之關係圖 64
圖4-25 比較SiO2/LiNbO3與SiO2/PE-LiNbO3結構中,Vp對h/λ之關係圖 65
圖4-26 比較SiO2/LiTaO3與SiO2/PE-LiTaO3結構中,Vp對h/λ之關係圖 65
圖4-27 於SiO2/PE-LiNbO3結構中,IL對h/λ之關係圖 66
圖4-28 於SiO2/PE-LiTaO3結構中,IL對h/λ之關係圖 66
圖4-29 於SiO2/PE-LiNbO3結構中,TCF對h/λ之關係圖 67
圖4-30 於SiO2/PE-LiTaO3結構中,TCF對h/λ之關係圖 67
表一 LiNbO3晶體的一些基本特性 68
表二LiNbO3晶體在工業上的一些應用 69
表三 可用作表面聲波元件的材料 69
表四 LiTaO3晶體的一些基本特性 70
表五 質子酸交換參數 71
表六 射頻濺鍍系統沈積SiO2薄膜之系統參數 72
表七 LiNbO3的JCPDS Data 73
表八 LiTaO3的JCPDS Data 74
表九 IDTs 電極設計之參數 75
表十 橢圓儀量測資料 76
[1]R. M. White and F. W. Voltmer, Appl. Phys. Lett. 17 (1965) 314.
[2]A. Springer, W. Gugler, M. Huemer, R. Koller, R. Weigel, IEEE Trans., Microwave Theory and Tech. 49 (2001) 754.
[3]H. Okano, Y. Takahashi, T. Tanaka, K. Shibata and S. Nakano, Jpn. J. Appl. Phys. 31 (1992) 3446.
[4]J. L. Jackel, C. E. Rice and J. J. Veselka, Appl. Phys. Lett. 41 (1982) 607.
[5]A. Campari, C. Ferrari, G. Mazzi, C. Summonte, S. M. Al-Shukri, A. Dawar, R. M. De La Rue and A. C. G. Nutt: J. Appl. Phys. 58 (1985) 4521
[6]D. F. Clark, A. C. G. Nutt, K. K. Wong, P. J. R. Laybourn and R. M. De La Rue: J. Appl. Phys. 54 (1983) 6218
[7]R. S. Weis and T. K. Gaylord, Appl. Phys. A. 37 (1985) 191.
[8]余素楨,晶體之結構與性質,國立編譯館,1993.
[9]B. D. Zaitsev and I. E. Kuznetsova, IEEE Trans. Ultra. Ferro. And Freq. 45(2) (1998) 361.
[10]S. Miyazawa, J. Appl. Phys. 50 (1979) 4599.
[11]K. Nakamura and H. Shimizu, Appl. Phys. Lett. 56 (1990) 1535.
[12]V. D. Kugel and G. Rosenman, Appl. Phys. Lett. (1993) 2902.
[13]K. Nakamura and M. Hosoya, and A. Tourlog, J. Appl. Phys. 73 (1993) 1390.
[14]S. Makio, F. Nitanda, K. Ito, and M. Sato, Appl. Phy. Lett. 61 (1992) 3077.
[15]F. S. Hickernell, H. D. Knuth, R. C. dablemont, and T. S. Hickernell, IEEE International Freq. Control Symp. (1996) 216.
[16]Hickemell, F.S.; Knuth, H.D.; Dablemont, R.C., Hickernell, T.S., Proc. IEEE Ultrason. Symp., 1 (1995) 345.
[17]E. Y. B. Pun, Y. O. Tse and P. S. Chung: IEEE Trans. Photon. Technol. Lett. 3 (1991) 522.
[18]顏豐明,“高熱傳導率氮化鋁基板材料之簡介”,材料與社會,73 (1993) 45.
[19]施敏著,張俊彥譯,“半導體元件之物理與技術”,儒林,(1990) 425.
[20]R. W. Berry, P. M. Hall and M. T. Harris, (1980) 201.
[21]賴二琨,“二氧化矽基板上沈積氮化鋁薄膜之表面聲波研究”,國立中山大學電機工程研究所碩士論文,(1997)。
[22]林升強,“鈮酸鋰基板與射頻濺鍍氮化鋁薄膜之表面聲波研究”,國立中山大學電機工程研究所碩士論文,(1998)。
[23]高國陞,“鈮酸鋰基板上沈積氮化鋁薄膜及其表面聲波元件之應用”,國立中山大學電機工程研究所碩士論文,(1999)。
[24]蔡家龍,“製程參數對濺射沈積氮化鋁薄膜之影響”,國立中山大學電機工程研究所碩士論文,(2000)。
[25]陳健興,“氮化鋁薄膜在鈮酸鋰基板上之表面聲波特性”, 國立中山大學電機工程研究所碩士論文,(2001)。
[26]H. Matthews, “Surface Wave Filters Design, Construction, and Use”, John Wiley & Sons, (1979) 20.
[27]A. J. Slobodnik, JR, T. L. Szabo, and K. R. Laker, Proc. IEEE 67 (1979) 129.
[28]C. Campbell, Academic Press, INC (1989) 35.
[29]R. P. Howson, N. Danson, G.W. Hall, Elseviser, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 121 (1997) 90.
[30]V. Hinkov, J. Appl. Phys. 61 (1987) 1230.
[31]Silvestrova, I.M., Pisarevsky, Yu.V., Bezdelkin, V.V., Senyushenkov, P.A., Frequency Control Symposium (1993) 351.
[32]K.Kalantar-zadeh, W. Wlodarski, A. Holland, M. Austin, H. Mendis, Optoelectronic and Microelectronic Materials and Devices, Proceedings Conference (2000) 308.
[33]P. H. Carr, Ultrasonics Symp. Proc., IEEE Cat 74 CHO 896-1SU (1974) 286.
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