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研究生:郭奕麟
研究生(外文):yi-ling kuo
論文名稱:利用電子束蒸鍍在石英基板上沉積氧化鋁薄膜以改善表面聲波元件之特性
論文名稱(外文):Depositing Al2O3 thin film on Quartz substrates by e-beam evaporation to improve properties of the SAW devices
指導教授:施文欽
指導教授(外文):wen-ching shih
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:光電工程研究所
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:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:氧化鋁石英
外文關鍵詞:quartzaluminum oxide
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表面聲波元件是在壓電基板上利用聲電換能原理的特性,做各種訊號的處理。目前通訊元件有朝著高頻化的發展趨勢,而高頻表面聲波元件須具有高波速,高機電耦合係數,低插入損失等特性,經由壓電薄膜與不同基底材料或高聲速薄膜材料所組成之表面聲波元件可以提高表面聲波元件操作頻率以及增加機電耦合係數,因此在講求輕薄短小的行動通訊產品中已被大量使用。
本研究在石英(Quartz)壓電基板上製作指叉狀換能器(IDT)完成後,使用電子束蒸鍍法(electron beam evaporation)成長氧化鋁(Al2O3)薄膜在石英(Quartz)上,位置介於表面聲波(SAW)元件的兩IDT電極上與兩IDT電極間的區域,比較在不同厚度的氧化鋁(Al2O3)薄膜之表面聲波元件頻率響應變化。研究結果顯示波速成功地隨著氧化鋁(Al2O3)薄膜厚度增加時則聲速會由0 %提升至最大3.28 %。證實以電子束蒸鍍法成長高波速氧化鋁(Al2O3)薄膜可以提升表面聲波元件波速,降低成本並縮短製程時間,將來可以提供作為高頻表面聲波元件之製作。
Now communication elements are developing towards high frequency. SAW devices must have high velocity, high electromechanical coupling coefficient, low insertion loss. SAW devices composed of the piezoelectric thin film and different substrate materials or buffer layers can improve the operating frequency of SAW devices and the electromechanical coupling coefficient. Consequently, SAW devices have been widely applied in mobile communication due to their small size and light weight.

In this study is fabrication IDT on Quartz piezoelectric substrate. We employ electron beam evaporation to deposit Al2O3 thin film on Quartz SAW device of over the IDT regions. As compared with different thicknesses of Al2O3 thin film which frequency responses of SAW devices. Successfully, the phase velocity with Al2O3 thin film increased has been improved from 0 % to 3.28%. The electron beam evaporation to develop Al2O3 thin film with high velocity of wave has been proved to promote SAW velocity, lower the cost and shorten the time of production. The method is sure of producing high frequency SAW devices.
致謝 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
第二章 基本理論 4
2.1 材料基本介紹 4
2.1.1 ST-Quartz 結構與特性 4
2.1.2氧化鋁(Al2O3)的結構與特性 5
2.2 壓電特性與表面聲波原理 6
2.2.1 正壓電效應 7
2.2.2 逆壓電效應 7
2.2.3 表面聲波原理 7
2.3 薄膜製作技術 8
2.3.1 電子束蒸鍍法 9
2.3.2 電子束蒸鍍法之原理 10
2.3.3 電子束蒸鍍法之優缺點 11
2.4表面聲波元件 12
2.5 光罩圖形 15
第三章 實驗製程與量測 16
3.1 實驗流程圖 16
3.2 基板準備 17
3.2.1 ST-Quartz基板 17
3.3 製備氧化鋁(Al2O3)薄膜 18
3.3.1 電子束蒸鍍氧化鋁(Al2O3)薄膜 18
3.4 薄膜物性量測 18
3.4.1 α-step表面紋理分析儀 18
3.4.2原子力顯微鏡(AFM) 19
3.4.3 掃描式電子顯微鏡 20
3.5 表面聲波元件製作 20
3.5.1 Al2O3/IDT/Quartz表面聲波元件製作 20
3.5.2 表面聲波特性量測 22
第四章 結果與討論 23
4.1 Al2O3薄膜分析 23
4.1.1 Al2O3薄膜沉積參數分析 23
4.1.2 Al2O3/IDT/Quartz 23
4.1.3 Al2O3 表面和橫截面結構分析 24
4.2 表面聲波特性量測 25
4.2.1 IDT/Quartz 25
4.2.2 Al2O3(0.5 μm)/IDT/Quartz 和 IDT/Al2O3(0.5 μm)/Quartz之比較 25
4.2.3 Al2O3 薄膜製程不同之頻率響應比較 26
4.3 不同厚度之Al2O3 薄膜的頻率響應比較 27
第五章 結論與未來展望 29
5-1 結論 29
5-2 未來展望 30
參考文獻 31
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