ZnO压电薄膜生长及声表面波器件研究

发布时间：2024-02-24 18:36

　　声表面波器件具有廉价、微型化、多用途等特点,凭借着这些独特的优势,声表面波器件在通讯领域占据了巨大的市场份额;同时在传感器领域也得到了广泛的研究和应用;在微流控领域同样展示了广阔的市场前景。Zn O作为声表面波压电材料具有成本低、原料丰富、较高的机电耦合系数和良好生物相容性等优点,通过不同的制备工艺可获得不同取向的ZnO薄膜,有望替代昂贵的LiNbO₃和LiTaO₃压电单晶材料,作为制造声表面波器件的主要压电薄膜材料。本文的研究内容包含以下几个方面:(1)首先利用射频磁控溅射法在Si和SiO₂(200nm)/Si基底上分别制备(0002)ZnO和(11(?)0)ZnO两种不同取向的薄膜,探讨了溅射气压、氩氧比和沉积温度对ZnO薄膜取向的影响。发现(0002)ZnO薄膜适合在高溅射气压(1Pa)、较高氩氧比(9:1)和较高沉积温度(400℃)的工艺条件下制备;(11(?)0)取向的ZnO薄膜适合于低溅射气压(0.1Pa)、低氩氧比(100%O₂)和较高沉积温度(500℃)的射频溅射环境下制备。(2)通...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 声表面波器件的应用与发展
        1.2.1 声表面波器件在通讯领域的发展
        1.2.2 声表面波器件在传感器领域的发展
        1.2.3 声表面波器件在微流体领域的发展
    1.3 固体中弹性波的传播
        1.3.1 非压电晶体中弹性波的传播
        1.3.2 压电晶体中弹性波的传播
    1.4 压电材料
    1.5 ZnO薄膜材料的特性与应用
    1.6 有限元分析方法
    1.7 研究内容、意义以及创新点
第二章 ZnO压电薄膜的生长及其表征方法
    2.1 薄膜生长机理
    2.2 ZnO薄膜制备方法
        2.2.1 金属有机化学气相沉积法
        2.2.2 分子束外延
        2.2.3 溶胶-凝胶法
        2.2.4 磁控溅射法
    2.3 ZnO薄膜的表征方法
        2.3.1 X射线衍射仪
        2.3.2 扫描电子显微镜
        2.3.3 原子力显微镜(AFM)
    2.4 本章小结与实验计划
第三章 射频磁控溅射制备ZnO薄膜及其生长特性研究
    3.1 引言
    3.2 (0002)择优取向ZnO薄膜生长探究
        3.2.1 溅射气压对(0002)择优取向ZnO薄膜生长的影响
        3.2.2 氩氧比对ZnO薄膜生长的影响
        3.2.3 沉积温度对ZnO薄膜生长的影响
    3.3 (11(?)0)ZnO择优取向薄膜生长特性探究
        3.3.1 溅射气压对ZnO薄膜生长的影响
        3.3.2 氩氧比对ZnO薄膜生长的影响
        3.3.3 沉积温度对ZnO薄膜生长的影响
    3.4 本章小结
第四章 ZnO/SiO₂/SiLove模声表面波器件的模拟与实验研究
    4.1 引言
    4.2 声表面波器件的关键参数
        4.2.1 相速度
        4.2.2 机电耦合系数
        4.2.3 频率温度系数
    4.3 ZnO/SiO₂/Si多层膜声表面波器件的模拟与实验
        4.3.1 ZnO/SiO₂/Si三维有限元模型的建立与研究方法
        4.3.2 制作与测试器件
    4.4 结果讨论与分析
    4.5 本章小结
第五章 声表面波微流体器件的模拟与实验
    5.1 引言
    5.2 实验设计
        5.2.1 叉指换能器的设计
        5.2.2 实验详情与表征
    5.3 模型的建立与研究方法
        5.3.1 声压场
        5.3.2 声流场
    5.4 结果讨论与分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果



本文编号：3909442