硅酸镓镧薄膜的制备研究

发布时间：2018-05-21 15:47

  本文选题：高温声表面波传感器 + LGS薄膜　； 参考：《电子科技大学》2016年硕士论文

【摘要】：声表面波传感器由于具有易小型化、抗辐射能力强、可靠性高等优点,从而被广泛研究并应用于温度传感、压力传感、气体传感等领域。在高温的恶劣环境中,声表面波传感器要能正常工作,就要求制作高温声表面波器件所需要的压电材料具有高的温度稳定性和化学稳定性。硅酸镓镧(La3Ga5SiO14,LGS)是一种新型的性能优异的压电材料,其机电耦合系数是石英的2~3倍,同时还具有良好的温度稳定性和化学稳定性,从室温到熔点(1470℃)之间无相变。而随着器件小型化、集成化的发展,需要将压电材料薄膜化。因此,本文开展溶胶凝胶法制备LGS薄膜的研究,对于研究新型耐高温薄膜声表面波传感器具有重要的意义。首先,本文利用溶胶凝胶法进行制备LGS薄膜的初步探索,采用相同工艺分别在硅基片与蓝宝石基片上沉积LGS薄膜。结果表明:退火温度高于1100℃时LGS薄膜才会结晶,而在此温度下,硅基片表面的SiO2会重新结晶,不适用于LGS薄膜的制备,而在蓝宝石基片表面可成功制备出化学计量比非常准确的LGS薄膜。其次,本文系统研究了热处理温度和时间、柠檬酸添加量和干燥温度对蓝宝石基片上沉积的LGS薄膜质量的影响。结果表明:LGS薄膜结晶的最低温度为1100℃,最佳退火温度为1200℃;热处理时间超过3 h后LGS薄膜的结晶程度基本上不再变化;当柠檬酸添加量为La(NO3)3·6H2O和Ga(NO3)3物质量总和的2倍时制备得到的LGS薄膜结晶程度最好;干燥温度对薄膜质量的影响非常大,本文提出一种交叉热处理工艺(200℃干燥1 h+300℃干燥1 h+…)可以制备出(110)择优取向且致密的LGS薄膜。最后,在交叉热处理工艺的基础上,研究了溶胶的浓度对LGS薄膜晶粒尺寸和粗糙度RMS的影响,结果表明,晶粒的尺寸随着溶胶浓度的增加而变大,三种浓度0.1 mol/L,0.2 mol/L和0.3 mol/L溶胶的RMS分别为11.8 nm,28.2 nm和35.4nm。最终确定了制备LGS薄膜的优化工艺,即溶胶浓度为0.1 mol/L、柠檬酸酸添加量为La(NO3)3·6H2O和Ga(NO3)3物质量总和的2倍、干燥工艺为交叉热处理工艺、高温热处理温度为1200℃,热处理时间为3 h。在此优化工艺下,还开展了以乙二醇为溶剂的溶胶凝胶法制备LGS薄膜的探究,结果表明,制备得到的LGS薄膜没有择优取向,且薄膜不够致密,说明上述优化工艺仅适合以乙醇为溶剂的溶胶凝胶法,而对于以乙二醇为溶剂,其优化工艺还要进一步的研究。
[Abstract]:Surface acoustic wave sensor has been widely studied and applied in temperature sensing, pressure sensing, gas sensing and other fields because of its advantages of easy miniaturization, strong radiation resistance and high reliability. In order to work normally, the piezoelectric materials needed to fabricate high temperature saw devices are required to have high temperature stability and chemical stability in the harsh environment of high temperature. Lanthanum silicate La3Ga5SiO14LGS) is a new type of piezoelectric material with excellent performance. Its electromechanical coupling coefficient is 2 ~ 3 times that of quartz. At the same time, it has good temperature stability and chemical stability, and there is no phase transition between room temperature and melting point (1470 鈩，

本文编号：1919815