TaN薄膜材料及微波功率薄膜電阻器研究.pdf

1、作為射頻與微波系統(tǒng)的重要組件—微波功率薄膜電阻器可廣泛應用于雷達、通訊、電子對抗等領域。本文主要開展了三個方面的工作：材料方面，采用反應直流磁控濺射技術制備TaN薄膜材料，主要研究了氮流量、薄膜厚度、Al摻雜和TaN/Al多層膜結構的工藝條件對TaN薄膜微結構和電性能的影響；在微波功率薄膜電阻器方面，由有耗傳輸線理論建立了微波功率薄膜電阻器的等效電路模型，采用HFSS軟件設計、仿真了系列微波功率薄膜電阻器的結構尺寸和性能；器件制備方面，

2、采用反應直流磁控濺射和掩膜圖形化技術制備了系列TaN微波功率薄膜電阻器，驗證設計仿真結果。
　　通過從材料制備、器件設計和仿真以及器件制備的系統(tǒng)研究，得到如下幾方面的結論：
　　在材料制備方面，對于 TaN薄膜，隨氮流量的增加，薄膜的電阻率和TCR絕對值都逐漸增大，當氮流量從2％增加到6%，薄膜電阻率從約350μ?·cm增加到1030μ?·cm，TCR絕對值從30 ppm/℃增大到750 ppm/℃。當氮流量小于5%時，Ta

3、N薄膜中主要含低TCR的Ta2N相，當氮流量高于5%時，TaN薄膜中主要含高TCR的富氮相。薄膜厚度顯著影響TaN薄膜的電學性質，隨薄膜厚度的增加，薄膜的電阻率和絕對值TCR都減小，當薄膜厚度從30nm增加到280 nm時，TaN薄膜電阻率從519μ?·cm減小到210μ?·cm，TCR絕對值從150 ppm/℃減小到30 ppm/℃；對于Al摻雜的TaN薄膜，隨Al/Ta面積比的增加，薄膜的電阻率和TCR絕對值都逐漸增大，當Al/Ta

4、面積比從0%增加到30%，薄膜的電阻率從250μ?·cm增大到2560μ?·cm，TCR絕對值從12 ppm/℃增大到270 ppm/℃，與未摻雜的TaN薄膜相比，其電阻率可調范圍顯著增大，而TCR并沒有顯著地惡化；對于TaN/Al多層膜，隨氮流量的增加，薄膜的電阻率和TCR絕對值都逐漸增大，當氮流量從2%增加到6%，薄膜的電阻率640μ?·cm增大到1170μ?·cm，TCR從50 ppm/℃增大到350 ppm/℃，與未摻雜的TaN

5、薄膜相比，其電阻率可調范圍更寬。
　　在微波功率薄膜電阻器設計和仿真方面，根據有耗傳輸理論建立了微波功率薄膜電阻器的等效電路模型，采用HFSS軟件設計仿真了100W（DC～6GHz）、300W（DC～1.5GHz）、500W（DC～2GHz）、800W（DC～1GHz）的系列微波功率薄膜電阻器的結構和性能，獲得了四個電阻器的結構與尺寸，且每個電阻器在各自頻率范圍內的駐波比均小于1.2。
　　在TaN微波功率薄膜電阻器制備和測