磁控溅射制备ZnO波导层及Love波湿度传感器的研究

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Love波器件由于能量主要分布于波导层中,而且Love波不存在基片法向量的位移分量,与基片表面及波导层负载间耦合非常小。因此,在电子器件、传感器、生物分析芯片等领域得到了广泛的研究和应用。Love波器件波导层的生长关系到波导层的内部缺陷、晶粒大小及结晶取向等质量因素,它是影响器件最终性能的关键因素。为了提高Love波器件的性能,本文提出了一种利用磁控溅射制备Love波器件中ZnO波导层的方案,并将Love波器件用于湿度传感器。在磁控溅射制备ZnO波导层工艺中,溅射温度是影响波导层质量的重要因素。为了研究射频磁控溅射温度对ZnO波导层及Love波器件的影响机理,在溅射功率为120W、溅射时间为200min、溅射气压为1.2Pa以及不同溅射温度下,制备了一组具有ZnO波导层的Love波器件。使用各种表征工具对ZnO波导层的结晶取向和微观结构进行分析,并用网络分析仪对以ZnO为波导层的Love波器件进行响应特性分析。分析结果表明:在25~150℃,随着溅射温度的升高,ZnO波导层的整体质量上升。当溅射温度大于150℃,ZnO波导层的整体质量下降。与其它溅射温度相比,150℃下制备的Zn O波导层的c轴取向性最好,内部缺陷最少,内应力最小。具有ZnO波导层Love波器件的插入损耗为17.7dB。将以溅射温度为150℃下制备的ZnO为波导层的Love波器件用作湿度感器,并设计一个测量系统分析其响应特性。测量结果表明:Love波湿度传感器具有较好的重复性,在测量气室温度为25℃下,传感器在相对湿度为20%至80%范围内,具有较高的灵敏度6.43KHz/RH,测试极限为0.00015%RH/Hz,传感器的质量灵敏度为178.68cm2/g,且具有较小的迟滞性。
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