高温镍基合金衬底上制备C轴取向AlN薄膜研究

发布时间：2017-11-17 13:21

  本文关键词：高温镍基合金衬底上制备C轴取向AlN薄膜研究

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【摘要】：近年来,柔性声表面波(SAW)传感器以其独特的优势以及潜在的应用价值已经在各个领域得到了广泛的应用。在这些柔性SAW器件中,C轴择优取向的氮化铝薄膜(AlN)以其良好物理化学特性成为首选的压电材料。但目前为止的绝大多数研究,主要局限于将AlN薄膜制备在只能应用于较低温度下的超薄的柔性有机聚合物衬底表面。对于可耐高温的柔性合金衬底上制备AlN薄膜还少有报道,Hastelloy柔性带材因其具有良好柔韧性和耐高温的特性被广泛应用于各种场合。因此,系统的开展在柔性高温镍基合金衬底上制备C轴择优取向的AlN薄膜的研究,对于开发耐高温的柔性SAW传感器具有重要意义。首先,通过在Hastelloy衬底和Si(100)衬底上沉积AlN薄膜,发现衬底表面RMS粗糙度对于AlN薄膜的C轴择优取向影响极大,其中AlN/Hastelloy样品的(002)峰摇摆曲线FWHM为16.3°,AlN/Si(100)样品的(002)峰摇摆曲线FWHM为2.3°。通过化学溶液平坦化法在粗糙的Hastelloy柔性衬底表面制备一层非晶Y2O3缓冲层可以使柔性合金衬底表面RMS粗糙度减小到1 nm以下,相同工艺下制备的AlN/Y2O3/Hastelloy样品的(002)峰摇摆曲线FWHM减小到4.4°。其次,本文系统的研究了中频磁控溅射中衬底温度、溅射功率、氮气含量、溅射气压、靶基距等工艺参数对AlN薄膜的影响,发现衬底温度与溅射功率对Al N薄膜C轴择优取向生长影响最为显著,氮气含量与溅射气压的影响次之,靶基距的影响最小。通过逐步优化工艺参数,最终制备的柔性AlN/Y2O3/Hastelloy薄膜(002)峰摇摆曲线FWHM低至3.7°,表面RMS粗糙度为5.46 nm,压电系数d33为5.02 pm/V。并且薄膜附着性良好,不会随着样品的弯曲而脱落。接着,通过AlN薄膜的SEM断面分析,得到了两步法制备C轴择优取向AlN薄膜的生长模型。AlN薄膜生长主要分为三个阶段:种子层生长阶段、排列生长阶段和柱状晶生长阶段,其中前两个阶段的生长对于AlN薄膜的C轴择优取向至关重要。最后,提出了三步法制备工艺,通过在薄膜生长过程中将N2含量从30%逐步增加到50%,消除了薄膜表面晶粒异常的现象,所制备的AlN薄膜呈现高C轴择优取向,其(002)峰摇摆曲线FWHM为4.2°,其值接近大多数单晶衬底上制备的AlN薄膜,薄膜表面RMS粗糙度为8.42 nm,薄膜表面平整,为下一步制备柔性的耐高温SAW传感器打下了坚实的基础。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2

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本文编号：1196184