赵佰军[1]2004年在《声表面波用ZnO薄膜的制备及器件的初步研究》文中研究指明ZnO 材料是一种宽禁带的多功能半导体光电材料，在许多领域都具有广泛的用途。例如，可用于制作紫外发光管和激光器、紫外探测器、高频表面声波器件、透明导电电极和声光换能器等，所以一直倍受研究人员的关注。特别是 1996 年， ZnO 薄膜室温光泵浦紫外激射的获得，又掀起了研究 ZnO材料尤其是 ZnO 薄膜的热潮。随后 ZnO 薄膜材料的研究工作不断取得进展。许多研究小组先后报道了 P 型材料的制备，ZnO p-n 结和发光管的实现，以及 ZnO 的多元合金材料研究，低损、高频 ZnO 基表面声波滤波器的应用等。本论文以 MOCVD 制备方法为基础，系统的研究了不同的 ZnO 多层薄膜结构的生长特性，分析了这些结构的突出特点，并有针对性的制备了高频声表面波滤波器件，获得了较好的结果。 本文系统地阐述了ZnO在结构、光学、压电方面的特性；研究了以ZnO为基础的声表面波器件的基本特性，指出了高阻和平整的表面结构是制备声表面波器件的基本条件；分析了适合制备高频、低损声表面波器件所需的衬底材料；针对多层结构分析了器件的频率和温度特性；介绍了适合制备高质量ZnO 薄膜的新型等离子增强MOCVD 系统。该系统有许多创新之处，如利用DEZn和O2为源，采用分开通气方法，通过面向衬底座的喷枪通源；采用均匀结构电阻式加热器；采用无极变速高速旋转的衬底座；利用辅气路均匀下压气流抑制热上升气流等。该系能有效抑制预反应问题；解决了薄膜的生长均匀性问题；可利用等离子体发生装置对薄膜进行有效掺杂；适合制备高阻或P型ZnO 薄膜。 利用MOCVD系统，以 DEZn 和 O2 为源在R面蓝宝石衬底上生长出高质量的（110）取向的ZnO 薄膜。X射线双晶衍射图显示优化的样品（002）峰仅0.25°。对比不同取向蓝宝石衬底上的薄膜生长表明在R面衬底上需要较高的生长温度和较慢的生长速度。通过原子力显微镜分析了表面形貌，R面衬底上生长的样品表面的粗糙度仅3nm左右。截面的扫面电镜照片证明了在C面和R面蓝宝石衬底上ZnO薄膜具有不同的生长模式。PL谱分析表明样品生长中对深能级发光有关的缺陷浓度降低了。对样品的吸收谱分析表明ZnO表面具有光学吸收的各向异性。综合表明在R面蓝宝石上生长的薄膜具有较好 1
王芳[2]2005年在《高频SAW器件高性能压电薄膜的制备及性能研究》文中研究说明随着现代电子设备信息处理量的扩大,通信载波频率必须向更高频的频率区移动,声表面波(SAW)滤波器是现代无线移动通信系统的关键部件之一,其工作频率f是由材料的声表面波传播速度V和叉指电极的周期L决定的,即了=V/L:由于所采用的材料及加工工艺的限制,目前的声表面波器件,其工作频率很难达到GHz。金刚石具有非常高的声表面波传播速度,以它们为衬底在现有的工艺条件下很容易制作出GHz的薄膜型SAW滤波器,因此利用金刚石研制GHz SAW器件已成为当前国际上的一个研究热点。本论文围绕GHz SAW器件的研制,开展了用射频磁控溅射法在硅和高声速衬底金刚石上制备Zn0薄膜,利用XRD、AFM、SEM对薄膜结晶性能、表面形貌进行分析,高阻仪对电阻率进行测试。取得的主要结果如下:首先,采用RF磁控溅射法在硅衬底上制备氧化锌薄膜,系统地研究了衬底温度、氧氩比、溅射功率、溅射压力、靶距和后处理温度等工艺条件对薄膜性能的影响,最终优化了氧化锌薄膜在硅衬底上的沉积工艺,制备出高C轴取向,表面均方根粗糙度(RMS)2.038nm,电阻率达107Ω.cm数量级的高性能氧化锌压电薄膜。其次,在硅基底沉积工艺条件基础上,进一步研究了在高声速材料金刚石衬底上溅射功率和后处理温度对薄膜性能的影响,优化了氧化锌薄膜在金刚石衬底上的沉积工艺,制备了高性能氧化锌薄膜:择优取向(高C轴取向)、高平整度(RMS1.2nm)、高电阻率(107Ω.cm数量级)。此外,采用磁控溅射法对硅衬底上LiNbO3压电薄膜的制备工艺进行探索性研究。总之,通过一系列的研究,本文系统讨论了沉积工艺条件对薄膜性能的影响,在优化工艺条件下制备出高质量ZnO压电薄膜,为下一步制备高频SiO2/ZnO/IDT/金刚石膜声表面波滤波器奠定了基础。
陈菁菁[3]2004年在《高频金刚石多层薄膜结构声表面波滤波器的设计和研制》文中提出随着第叁代通讯技术的发展，声表面波（SAW）器件的使用频率不断提高，从最初的几MHz发展到现在的几GHz，如应用于1.9GHz的个人通讯服务系统，2.4GHz的无线局域网络系统及高于5GHz无线多端发送系统。这些高频应用系统的不断发展显着增大了高频声表面波器件的市场需求。由于传统的SAW材料声速低，通常低于4000m/s，仅能制备频率相对低的器件。而金刚石具有所有材料中最高的声速和许多优于其它材料的特性，在高声速金刚石上沉积高度压电薄膜将激励出高速的声表面波，从而制作出工作在GHz级以上高频波段的薄膜SAW器件。因此以金刚石为基底的声表面波器件受到了越来越多的关注，成为研究热点之一。在本课题中，阐述了多层薄膜声表面波滤波器和叉指换能器的基本特性；IDT/ZnO/Diamond结构的声表面波滤波器被设计，制作出来并进行了测试。实验中，采用Si基片作为辅助基片摸索实验工艺。在滤波器的设计中，滤波器的剖面结构及ZnO薄膜厚度的选择经过了仔细的考虑，因为ZnO薄膜的厚度大小决定了滤波器中心频率和机电耦合系数。在设计IDT结构的时候，采用了纵向耦合和镜相阻抗连接结构，它可以非常有效地降低插损和提高阻带抑制。叉指换能器IDT的指宽和间隔均为1μm。在ZnO制备方面，课题采用直流磁控反应溅射法，在单晶Si（100）和金刚石两种衬底上分别生长出了高度c轴取向的ZnO薄膜。此薄膜具有高质量的纳米级结晶度，良好的表面平整度及高于106Ωcm的电阻率，很好的满足了薄膜声表面波（SAW）器件的需要。通过改变工作气压，衬底温度，氩氧比等工艺参数，较为系统地探索了ZnO薄膜的制备条件。采用多种分析手段对薄膜的微观结构特性进行测试分析，并对薄膜的电学性能及机械性能进行了考察。详细讨论了IDT/ZnO/Diamond结构滤波器制备的工艺流程。叉指换能器采用电子束直写，刻蚀Al电极选用了反应离子刻蚀（RIE）。刻蚀的结果用SEM观测，表面平整，线条完好，没有发生连指断指等情况，取得了比较好的效果。我们对所制备的滤波器的频率特性进行了测试和分析。最后的测试结果显示IDT/ZnO/Diamond结构滤波器的中心频率最高可达2.5GHz，带宽有2.3%，27dB
何兴理[4]2015年在《新型声波谐振器及其传感应用研究》文中研究表明得益于材料科学和先进微纳米加工工艺的进步,近年来柔性电子发展迅速。柔性电子不仅弥补了传统固体电子的不足,同时其也是电子学一个新兴的重要分支,有助于拓展整个电子学的应用范围。学术界陆续报导了许多柔性电子的应用,但目前为止,有关柔性微机电系统一(MEMS)的报导还很少。在众多的MEMS器件中,声表面波(SAW)器件是最简单的一种MEMS器件,它与另一类MEMS器件一薄膜体声波谐振器(FBAR)一起,常用作传感器来使用。本文研究了在柔性聚酰亚胺(PI)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)上通过磁控溅射方法沉积具有大晶粒尺寸且具有良好(0002)晶体取向的ZnO薄膜的制备方法,研究了该种ZnO薄膜的特性。并成功地在ZnO/PI和ZnO/PET复合基板上制备出高性能的柔性SAW器件。所制备的柔性SAW器件具有两个主要的谐振模态,分别对应于广义兰姆波(Lamb Wave)的0阶对称和反对称模态。论文探讨了ZnO薄膜厚度、器件波长和叉指电极间距对这种柔性器件的影响。由于制备在柔性基板上,该种器件可以弯折,在最大应变量为2500με的情况下,其可弯曲次数超过100次,这表面该种器件可作为柔性器件来使用。同时本文还研究了这种器件在温度、湿度、紫外光和应变传感等领域的应用,器件对这些外部参数反应敏感,其特性不逊于类似的固体基板上的SAW传感器。初步揭示了柔性SAW器件在传感领域的应用前景。本文还研究了另一类高频声波器件FBAR,所研究的FBAR器件制备于硅衬底上,采用体硅背面刻蚀型结构。由于使用Si02作为支撑层,所制备的器件呈现两个主要的谐振频率。在这一基板结构的基础上,本文提出一种带密封腔的新型FBAR压强传感器结构,这主要通过用硅片密封器件背面沟槽来实现。本文研究了这种带密封腔的FBAR传感器在不同温度和压强下的响应,其两个谐振频率随温度和压强变化呈线性变化。这说明可以使用单一FBAR器件来同时测量温度和压强。这种双模态FBAR器件结构简单、造价低廉且无需特殊封装,具有广泛的应用前景。
杨洪军[5]2004年在《金刚石衬底上ZnO薄膜的MOCVD生长及SAW器件的初步研究》文中指出ZnO 材料是一种宽禁带的多功能半导体光电材料，在许多领域都具有广泛的用途。例如，可用于制作紫外发光管和激光器、紫外探测器、高频表面声波器件、透明导电电极和声光换能器等，所以一直倍受研究人员的关注。特别是 1996 年， ZnO 薄膜室温光泵浦紫外激射的获得，又掀起了研究 ZnO材料尤其是 ZnO 薄膜的热潮。随后 ZnO 薄膜材料的研究工作不断取得进展。许多研究小组先后报道了 P 型材料的制备，氧化锌 PN 结和发光管的实现，以及 ZnO 的多元合金材料研究，低损、高频 ZnO 基表面声波滤波器的应用等。本论文以 MOCVD 制备方法为基础，系统的研究了 ZnO 多层薄膜结构的生长特性，分析了这些结构的突出特点，并有针对性的制备了高频声表面波滤波器件，获得了较好的结果。 本文系统地阐述了ZnO在结构、压电方面的特性；研究了以ZnO为基础的声表面波器件的基本特性，指出了高阻和平整的表面结构是制备声表面波器件的基本条件；分析了适合制备高频、低损声表面波器件所需的衬底材料；针对多层结构分析了器件的频率和温度特性；介绍了适合制备高质量ZnO 薄膜的新型等离子增强MOCVD 系统。该系统有许多创新之处，如利用DEZn和O2为源，采用分开通气方法，通过面向衬底座的喷枪通源；采用均匀结构电阻式加热器；采用无极变速高速旋转的衬底座；利用辅气路均匀下压气流抑制热上升气流等。该系能有效抑制预反应问题；解决了薄膜的生长均匀性问题；可利用等离子体发生装置对薄膜进行有效掺杂；适合制备高阻或P型ZnO 薄膜。 首次使用MOCVD法在金刚石单晶衬底上生长了ZnO薄膜结构，使用气流两步法对生长进行了优化，X光衍射谱图表明薄膜具有单一的趋向性。表面分析表明慢速生长有利于籽晶的长大，PL谱分析和光吸收分析证实了样品具有较强的紫外发射峰，通过生长的优化后内部的缺陷浓度得到了相应的减少。通过拉曼散射测试进一步证明生长的ZnO/Diamond薄膜具有一定的组群对称性。 在 MOCVD 法 生 长 中 ， 通 过 生 长 温 度 和 气 流 的 调 整 ， 改 善 了 1
庞华锋[6]2013年在《氧化钨和氧化锌功能薄膜材料及其器件应用研究》文中研究说明氧化钨和氧化锌作为重要的功能材料在变色器件、微型传感器、声表面波器件和微流体器件等研究领域备受关注。在结晶生长优化条件下，采用纳米技术和先进的镀膜技术制备出性能优异的功能薄膜，这对提高器件性能及其应用意义重大。本论文采用水热法在包覆剂调控生长中得到结构新颖的氧化钨纳米晶，利用磁控溅射技术沉积出高质量的氧化锌薄膜，结合微加工工艺实现了氧化锌多层膜声表面波器件的性能优化，并将该类声波器件用于传感器和微流体液滴控制研究。（1）用有机酸铵—酒石酸铵为包覆剂，水热结晶生长出微板状、海胆状和微球状形貌的氧化钨纳米晶。利用初始溶液pH值变化观察其对所得样品的晶体结构和形貌的关系，当反应溶液pH值从1.08减小到0.6时，球状形貌变化为微板状结构，晶相由六方相部分转变为正交相WO_3。除了钠离子和铵根离子吸附作用外，在酒石酸铵浓度增大时酒石酸根离子的氢键作用能够增强包覆效应。光学性质分析表明当氧化钨晶粒尺寸变小时，其带隙能相应增大，其中残留钠离子的局部晶格插入和氧缺陷致使出现蓝发光增强效应。（2）利用苯甲酸铵水热调控生长出具有不同分级结构的氧化钨（及其结晶水合物）纳米晶，包括微球状、微花状和连星介孔结构。通过红外光谱和含时生长分析了连星状分级结构氧化钨纳米晶的自组装过程，提出形成球状、花状和连星状微结构的新自组装机制。进一步将连星状氧化钨纳米晶作为敏感膜，用乐甫模声表面波器件实现了相对湿度的稳定探测，传感器共振频率随着相对湿度从30增加到90%而向低频区发生偏移，频移与相对湿度呈线性关系。（3）设计特殊的具有一系列不同基底倾角的基底夹持装置实现一步高效地溅射制备微晶柱倾斜变化的氧化锌薄膜。扫描电镜测试显示氧化锌薄膜的微晶柱倾斜角度从0o变化到34o。X射线衍射谱分析显示氧化锌薄膜的应变强度随基底倾角减弱。光学表征表明随着基底倾角从0o变化到60o，薄膜带隙从3.19eV减小到3.07eV，拟合结果显示带隙与薄膜应变两者符合线性关系。（4）采用先进镀膜技术实现了氧化锌/超纳米晶金刚石（UNCD）多层膜的沉积工艺的简化，得到c轴取向和低应力的高质量氧化锌薄膜。用以上多层膜光刻加工出相应的声表面波器件，其瑞利波的透射频谱信号优于其他用常规溅射技术加工的类似器件的透射信号。瑞利波和Sezawa波相速度均呈现出薄膜厚度效应。当UNCD薄厚在1.14-1.79μm时，器件的频率温度系数均小于-30ppm/°C。对于7.68μm厚ZnO和1.06μm厚UNCD膜层结构的器件，瑞利波耦合系数可达5.2%。2.72μm厚ZnO和1.1μm厚UNCD多层膜声表面波器件具有很低的频率温度系数23.4ppm/°C，这非常接近理论值22ppm/°C。（5）通过在36°Y切LiTaO_3基底上沉积光电导性能优良的氧化锌薄膜，实现了新型乐甫模声表面波器件灵敏监测弱强度紫外光。紫外光敏感测试显示，器件能够探测到波长254nm紫外光的最低强度为350μW/cm2，响应最大幅值改变量为-6.4dB，频移达到150kHz；在365nm和570μW/cm2紫外光照射下，透射信号的最大幅值的改变量下降到-2.5dB，没有出现显着频率偏移。因为声电作用中的声速改变和声波传播衰减相互调制，观察到在响应下降沿和上升沿出现频率跳变效应。（6）研究了膜厚为5.96/1.15μm的ZnO/UNCD声表面波器件在不同加载功率激发的声表面波驱动液滴的共混、输运和喷射特征，分析总结该器件的各种流体现象随液滴体积和输入功率变化的临界行为。进一步比较具有不同膜层厚度的ZnO/UNCD声表面波器件在微流体液滴控制中的流体效率，与不含UNCD夹层的氧化锌声表面波器件相比，含UNCD夹层的器件可有效提高液滴的输运效率和喷射效率。通过精确观察分析喷射动力学过程，液滴最大喷射角在1.5－8μL范围内随液滴体积增大而减小，当体积大于8μL时，最大喷射角会在69°附近振荡。（7）水平剪切声表面波驱动液滴实现了液滴的共混和雾化。液滴内的共混流线模式灵敏地依赖于液滴的位置、声波耦合的角度、液滴尺寸和叉指换能器的孔径。当叉指换能器的孔径变大时，液滴雾化的强度增加，其中雾化现象主要发生液滴的两侧，与声波传播方向垂直，雾化持续时间随液滴尺寸增大而变长；在输入功率不变时，液滴雾化时间随微液滴体积减小而缩短。
刘彦松[7]2000年在《高声速衬底压电薄膜的制备及声表面波器件的研制探索》文中进行了进一步梳理随着现代电子设备信息处理量的扩大，通信载波频率必须向更高频的频率区移动，例如正在开发的(9000M/1.8GHz)GMS系统。声表面波(SAW)滤波器是现代无线移动通信系统的关键部件之一，其工作频率f是由材料的声表面波传播速度V和叉指电极的周期L决定的，即f＝V/L；由于所采用的材料及加工工艺的限制，目前的声表面波器件，其工作频率很难达到 GHz。金刚石和 SiC具有非常高的声表面波传播速度，以它们为衬底在现有的工艺条件下很容易制作出GHz 的薄膜型SAW滤波器，因此利用金刚石和SiC研制GHz SAW器件已成为当前国际上的一个研究热点。本论文围绕 GHz SAW 器件的研制，开展了用脉冲激光淀积法（PLD）在高声速衬底（金刚石，SiC）上制备 ZnO薄膜，以及利用 ZnO缓冲层制备AlN 薄膜等方面的研究，另外还对 SAW滤波器的研制进行了探索，取得的主要结果如下： 首先，采用PLD法，在Si（100）、金刚石和6H-SiC 等衬底上制备了ZnO 薄膜。实验结果表明，只要条件选择适当，在这些衬底上都能得到完全c轴取向的ZnO薄膜；ZnO薄膜是通过结核面生长的，在一定的范围内，衬底的表面越粗糙，ZnO 薄膜生长时的成核密度就越大，其表面的 RMS 也就越小；在高真空淀积气氛中淀积的 ZnO薄膜，其结晶性能更好，但薄膜中的O明显不足，而在O_2分压淀积气氛中淀积的ZnO薄膜，其薄膜的结晶性较差，但薄膜中的O:Zn 之比非常接近于理想ZnO晶体的O:Zn之比（1:1）；Li~+离子掺杂对ZnO薄膜的电阻率影响很小，但淀积气氛和纯氧中长时间高温退火对ZnO薄膜的电阻率影响很大，通过引入O_2分压淀积气氛或进行纯氧中长时间高温退火，可使ZnO薄膜的电阻率提高到10~7Ω.cm。 其次，采用PLD法，利用ZnO缓冲层在Si（100）衬底上成功地制备了AlN 薄膜。实验结果表明，该AlN薄膜是c轴取向的，AlN/ZnO/Si（100）多层结构清晰可辨，层与层之间的界面非常平整，采用ZnO 薄膜作为缓冲层，可有效地改善AlN薄膜的表面粗糙度；要获得接近理想化学配比的AlN薄膜，需要高真空淀积气氛或合适的N_2气氛。 最后，对薄膜SAW滤波器的研制进行了探索。研究结果表明，在薄膜SAW 滤波器的制作过程中，压电薄膜极易受到损伤而直接影响到器件的性能，因此不能把利用压电单晶制作SAW器件的工艺直接应用于薄膜SAW滤波器的制作。
邓雷磊[8]2007年在《ZnO薄膜的制备及其特性研究》文中指出近年来,宽禁带半导体材料ZnO的研究已经引起人们广泛的关注。ZnO是一种新型的直接宽带隙Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,其室温禁带宽度为3.37 eV,且激子束缚能高达60 meV,比室温热离化能26 meV大很多,因而理论上会在室温下获得高效的紫外激子发光和激光,是制作短波长发光器件以及紫外探测器的理想材料。此外,ZnO具有高熔点(1975℃),高热稳定性及化学稳定性等优点;ZnO单晶薄膜可以在低于500℃的生长温度下获得,比GaN等其他宽禁带半导体材料的制备温度低很多,因此可以大大减少高温制备所产生的缺陷。另外,ZnO原材料资源丰富、价格低廉,无毒无污染,制备工艺简单,因此,ZnO具有很大的潜在商用价值。作为短波长发光器件和紫外探测器的一种全新的候选材料,ZnO已经成为当今半导体材料与器件研究中新的热点。为了实现ZnO在光电器件领域的实际应用,必须外延生长晶体质量良好的薄膜。特别是ZnO薄膜的异质外延,这是非常重要的课题。虽然目前已经外延出高质量的ZnO薄膜,但是基本都是在蓝宝石衬底上,在硅衬底上外延的ZnO薄膜质量不高,因为Si与ZnO晶格失配大。所以在Si上外延高质量结晶的ZnO薄膜是一个需要解决的问题。本论文利用射频磁控溅射技术制备了高度c轴择优取向的ZnO薄膜,并对ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性质和电学性质进行了研究,对ZnO/Si异质结做了初步的研究。主要研究工作和结论如下:1、采用射频反应磁控溅射的方法,在不同衬底上制备了ZnO薄膜。在合适的衬底温度下,不同衬底上面生长的ZnO薄膜都具有c轴的择优取向。ZnO薄膜的c轴择优取向生长是一种自组装生长过程。在单晶Si衬底上面生长时,首先要择优形核。由于(002)面具有最低的表面自由能,因此(002)面择优形核。在非晶衬底上面生长的机理和单晶衬底有些差异。首先会形成一薄层的ZnO非晶层,然后在非晶的ZnO形核中心上形成多晶,随着薄膜厚度的增加,最后变为c轴取向的ZnO薄膜。2、利用射频反应磁控溅射技术在p-Si(111)衬底上面制备ZnO薄膜,发现工艺参数特别是溅射功率和氩氧比以及退火温度对薄膜结构、表面形貌、光学性质和电学性质具有较大的影响。结果表明,在溅射功率为200 W,工作压强为1 Pa,衬底温度为200℃的情况下,氩氧比较高时制备的ZnO薄膜具有更好的c轴取向,薄膜表面颗粒比较均匀,平整,致密,薄膜的结晶性能更好。ZnO薄膜的可见光平均透过率在80%以上,氩氧比对薄膜的透过率影响不大。在氩氧比为1:1时薄膜具有最小的电阻率。而对退火处理的薄膜而言,退火可以提高薄膜的结晶性能,随着退火温度的升高,薄膜具有更好的c轴取向性。特别研究了薄膜内应力与退火温度的关系,结果表明,退火前薄膜沿c轴存在张应力,随着退火温度的升高,薄膜沿c轴张应力逐渐减小。退火温度达到560℃时,薄膜沿c轴应力消除。温度继续升高,薄膜产生沿c轴压应力。随着退火温度的升高,ZnO薄膜的晶粒度增大。经过800℃退火后,ZnO薄膜具有最小的电阻率。3、研究Al与ZnO薄膜的接触特性。ZnO薄膜的耐酸碱腐蚀性较差,用湿化学法会腐蚀ZnO薄膜表面,从而使器件的性能变差。为此,我们利用剥离技术制作了Al与ZnO薄膜的接触电极,I-V测试表明Al与ZnO具有良好的欧姆接触。4、研究了n-ZnO/p-Si异质结的特性。利用射频磁控溅射技术,在p-Si(111)衬底上面制备了Al掺杂的n型ZnO薄膜,然后在ZnO薄膜表面和Si衬底背面分别制作Al电极,构造了n-ZnO/p-Si异质结结构,研究了该异质结的光电特性。结果表明:Al掺杂的ZnO薄膜具有良好的c轴取向性,Al的掺杂没有改变ZnO薄膜的晶体结构,但增大了薄膜的载流子浓度。n-ZnO/p-Si异质结明显存在结的整流特性,但结的理想因子偏高,这是由于串联电阻过大和界面态的影响。并且在光照和无光照的条件下,反向电流有显着区别,光照条件下的反向电流是无光照条件下的100倍,说明该异质结对光照敏感,光谱响应测试发现该异质结在430 nm和700 nm处有光响应峰值。这对今后继续研究ZnO基光电探测器具有一定的指导意义
孙宏明[9]2009年在《基于MEMS的压电超声技术的研究》文中指出本文主要研究基于MEMS的压电超声技术,包括超声检测、超声微流体驱动技术和ZnO压电薄膜材料及器件的研究,研究课题属于当前微机电系统中较为前沿和创新的学科领域,如下所述:1、超声共振谱技术(Resonant Ultrasound Spectrum,简称RUS)是上个世纪九十年代发展起来的一种表征材料特性的方法,该方法成为现代超声检测的较为常用的技术手段,其测量的范围广泛,在MEMS领域内,可用于微型器件的检测。在RUS测量过程中,试件样品通常被夹在两片压电换能器之间,压电换能器可以采用PZT或其他的压电陶瓷或晶体。但是,因为压电片表面是光滑的,试件难以准确地夹在两片压电片中间并且保证每次测量装夹的位置都一致,从而降低测量准确性,尤其当试件很小时,这种影响更为显着。针对此问题,本文提出并设计了一种新型的超声检测换能器结构,并对它进行分析。通过与单独PZT-4换能器结构进行分析比较,PZT/Si复合结构的静力位移偏差很小,约为2%,其各阶共振频率与单独PZT-4相差不大,这些分析表明本文所设计的PZT/Si复合压电换能器的工作灵敏度受影响微小,可以用于超声共振谱的测量当中。最后利用MEMS技术制造出了该复合换能器件的初步结构。2、微流体技术是MEMS领域内发展迅速的一门学科,其应用广泛,如DNA及一些生物分子的测试应用、环境监测、喷墨打印以及LED、“芯片实验台”和一些IC芯片等的散热系统。在微流体学科领域内,利用超声技术驱动与操控微流体近几年成为研究热点,相比其他微流体技术具有很大的研究价值和潜力。声流是超声应用中较为常见的现象,是声波在流体介质中传播由于流体黏性而衰减产生的非定向流动,超声流作为高频声波在流体中的传播,可以驱动流体运动。超声技术应用领域的不断拓展使得超声流的应用研究也越来越广泛,随着MEMS技术的不断发展,所制造的微装置尺寸越来越小,声流在微管道内的运动不同于传统的管道,当前有大量的关于声流应用的实验研究,却缺乏对于微尺寸管道内声流的系统理论分析,因此很有必要进行微管道内声流的研究。本文对设计的MEMS微流体装置中微管道内声流进行系统的研究,即利用PZT压电片激励MEMS微流体装置,使得声波在管道内传播,产生的驱动力引起微管道内部声流的运动。应用流体动力学的基本理论,对声波在管道内部传播时产生的声场驱动力和声流运动进行分析。通过分析可以得到振幅为10nm,声波频率为200KHz～1MHz时,流速可达到1～9mm/s。根据这些分析,我们可以利用超声方法对MEMS微流体装置进行驱动控制以便应用在粒子输送和微管道冷却等方面。3、ZnO作为压电薄膜具有较低介电常数和较高的机电耦合系数,可用于MEMS麦克风、微加速度传感器以及体声波共振器件等微传感和执行器件中,在MEMS领域有着广泛的应用。因此,为了满足压电超声技术中超声波的激励需求,本文研究在不同材料衬底上利用磁控溅射法生长高质量ZnO作为压电薄膜,同时,为了实现ZnO薄膜器件微制造与IC工艺的兼容,本文还在实验的基础上考虑利用Al材料作下电极的压电器件的加工工艺。实验中采用了磁控溅射法在不同衬底上生长厚约1～2μm的ZnO薄膜,通过实验对样品进行XRD和SEM测试,来研究磁控溅射过程中工艺参数、衬底及退火工艺对ZnO薄膜质量的影响,从而获得制备高质量薄膜的工艺技术以满足压电性能的要求。结果表明,表面沉积Si_xN_y薄膜的硅片上生长的ZnO薄膜比表面溅射铝膜的硅片上的C轴择优取向生长特性好,选择合适的退火处理工艺可使晶体质量有所改善。在此基础上,为了能够与CMOS工艺兼容,开发了仍然采用Al作为底电极但用一层Si_xN_y薄膜与ZnO层隔离的MEMS压电器件的微制造工艺。
田炎磊[10]2011年在《非极性ZnO薄膜的制备及其光电性能研究》文中研究表明ZnO是一种直接带隙的宽禁带半导体材料,室温下禁带宽度为3.37eV,自由激子结合能高达60meV,远大于GaN的25meV。作为一种优秀的半导体材料,ZnO在太阳能电池、声表面波器件、短波长发光二极管和紫外光探测器等方面有着广泛的应用。但是现阶段ZnO薄膜的生长通常是沿着c轴方向生长出来的(002)面取向的极性ZnO薄膜,在这个方向上生长的薄膜由于自发极化和压电效应的差异而产生没有抵消的极化电荷,该电荷会在量子阱中产生内建电场,降低电子可空穴的复合的几率从而影响器件的发光效率。如果改变薄膜的生长方向,使得薄膜沿垂直于c轴方向生长可以解决这个问题,目前已经有比较多关于非极性ZnO薄膜的研究,但是对于生长高质量、稳定可靠、重复性较高的非极性ZnO薄膜依然是科学界的一大难题。本文基于单源化学气相沉积法和磁控溅射法异质外延生长非极性ZnO薄膜,就薄膜的生长工艺和光电性能做一定的讨论,具体内容如下:1.在采用SSCVD法制备出结晶质量良好的a面ZnO薄膜的基础上,分析衬底表面对薄膜的影响,发现衬底表面孪晶结构会在成膜时形成小角度晶界,严重影响薄膜的结晶质量。2.采用射频磁控溅射法在(012)Al_2O_3衬底上稳定重复的生长出高质量的a面ZnO薄膜。应力研究表明采用射频磁控溅射法制备出的a面ZnO薄膜要比采用SSCVD方法制备的a面ZnO薄膜受到的应力要小。3.对比不同衬底温度和退火温度下非极性ZnO薄膜的PL谱,发现衬底温度为450℃,退火温度为600℃时,非极性ZnO薄膜的缺陷深能级跃迁峰得到了一定程度的抑制,激子复合发光峰得到了增强。4.通过对a面ZnO薄膜的C-V曲线分析,得到非极性ZnO薄膜与极性ZnO常温下均呈现n型的导电类型,说明在未掺杂的情况下,极性与非极性ZnO薄膜导电类型未发生本质变化。通过对电阻-温度曲线的研究表明,非极性ZnO薄膜杂质激活能为0.18eV比极性ZnO薄膜的0.3226eV要低。
参考文献：
[1]. 声表面波用ZnO薄膜的制备及器件的初步研究[D]. 赵佰军. 吉林大学. 2004
[2]. 高频SAW器件高性能压电薄膜的制备及性能研究[D]. 王芳. 天津理工大学. 2005
[3]. 高频金刚石多层薄膜结构声表面波滤波器的设计和研制[D]. 陈菁菁. 清华大学. 2004
[4]. 新型声波谐振器及其传感应用研究[D]. 何兴理. 浙江大学. 2015
[5]. 金刚石衬底上ZnO薄膜的MOCVD生长及SAW器件的初步研究[D]. 杨洪军. 吉林大学. 2004
[6]. 氧化钨和氧化锌功能薄膜材料及其器件应用研究[D]. 庞华锋. 电子科技大学. 2013
[7]. 高声速衬底压电薄膜的制备及声表面波器件的研制探索[D]. 刘彦松. 中国科学院上海冶金研究所. 2000
[8]. ZnO薄膜的制备及其特性研究[D]. 邓雷磊. 厦门大学. 2007
[9]. 基于MEMS的压电超声技术的研究[D]. 孙宏明. 厦门大学. 2009
[10]. 非极性ZnO薄膜的制备及其光电性能研究[D]. 田炎磊. 电子科技大学. 2011
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