基于氮化铝薄膜的压电水听器的研制

发布时间：2021-10-12 04:02

　　为将氮化铝（Al N）的压电特性与微电子机械系统（microelectro mechonical system,MEMS）的微加工技术相结合,研制基于Al N压电薄膜结构的单电极水听器。通过采用COMSOL仿真方法研究了器件在20～100 Hz低频范围内谐振特性,结果表明压电薄膜优化厚度0. 8～1. 0μm,振动薄膜直径100μm。给出了器件制备工艺流程,采用感应耦合等离子体（inductively coupled plasma,ICP）精准刻蚀A1N薄膜提高成品率,并对实际样品进行高静水压等环境适应性测试。单个水听器阵列结构是40×40,实际尺寸为7 mm×7 mm,可见Al N薄膜可以用来制备高性能的水听器集成系统。 

【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(01)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

Al N薄膜结构仿真

在压电水听器的结构设计中，最为关键的是要提高压电材料的性能。一是，压电淀积材料的选择对压电薄膜性能影响很大。在大多数的MEMS应用中，都会将单晶硅材料作为Al N或者ZnO淀积时的衬底。而对于水听器这样的特殊应用，需要在压电材料下方设计金属层这样的附加层。压电材料一般处于两个导电层之间。而导电层的好坏直接影响压电材料的晶体结构，进而影响其压电性能。常用的压电材料有Ti电极、Al电极、Au电极和Pt电极。设计中采用Mo电极作为Al N的底部电极，Al N沉积在Mo上比在其他电极上具有更加优越的压电性能，Mo电极作为超薄材料电阻率低，与Pt相比Mo具有更高的声波衰减强度，目前是最适合作为水听器的底部电极的金属材料。二是，在SOI的顶层硅上预先生长一层50 nm的Al N薄膜缓冲层，会有利于底电极Mo的择优取向110晶向，如表2所示有无Al N缓冲层对压电薄膜半宽高的影响。图3所示为Mo在Al N缓冲层上的晶向。底电极Mo的择优取向好对于生长Al N的002晶向的择优取向生长更好，这样生长的Al N薄膜压电性能更好[16-18]。图3 在Al N缓冲层上溅射的电极Mo的X-ray晶向

在Al N缓冲层上溅射的电极Mo的X-ray晶向

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3431848