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ZnO薄膜在c轴方向具有较低有效介电常数、较高机电耦合系数,但是声表面波波速较低;AlN薄膜虽然具有较高的声表面波速,但是介电常数和机电耦合系数均低于ZnO薄膜。为了使ZnO和AlN薄膜结合的ZnO/AlN/Si多层膜能发挥出最大优势,而显著提高SAWD基片中压电薄膜的机电耦合系数和SAWD的传播速度,本文以ZnO/AlN/Si多层膜引入Al薄膜作为研究课题。采用金属薄膜作为缓冲层,主要是由于当两层基片材料在晶格匹配,热膨胀系数等方面的差别较大时,加入金属薄膜到中间层可以起到缓冲作用;使生长和降温过程中引起入的张应力得到一定程度的平衡,对生长结晶质量高的薄膜非常有利。
本文主要完成如下研究工作:
1.压电层膜厚的研究
压电薄膜的膜厚对其声表面波传播速度和机电耦合系数(K2)都有影响。推导了以fH(f:声表面波的频率H:压电薄膜的膜厚)作为参变量计算压电薄膜的K2和声表面波波速的方法。探讨了确定ZnO/Al/AlN/Si多层压电结构中ZnO膜厚的方法
2.ZnO/Al/AlN/Si中Al膜对ZnO薄膜的性能的影响研究
采用射频磁控溅射法及真空蒸镀法制备出ZnO/AlN/Si和ZnO/Al/AlN/Si样品,用XRD、SEM测试手段对薄膜进行表征。并从ZnO薄膜的形貌,结构等方面将ZnO/Al/AlN/Si多层压电结构与ZnO/AlN/Si结构做出对比分析。结果表明:加入Al膜后样品的K2值有所提高,其中最大提高幅度为21.42%;样品的表面光滑平整,晶粒尺寸均匀且晶粒致密度高;ZnO(002)衍射峰的FWHM值降低,反映了ZnO薄膜的c轴择优取向性得到增强。
3.研究ZnO/Al/AlN/Si中Al膜最佳厚度
通过不同厚度的Al薄膜对ZnO薄膜各项性能的影响研究可知,Al膜膜厚为100nm的复合膜的K2值提高幅度最大(21.42%);含有Al膜样品的表面平整度有所提高,同时晶粒尺寸从无Al膜样品的15nm提高到了Al膜膜厚为100nm的复合膜的33nm;ZnO(002)衍射峰的FWHM值整体降低,表明ZnO薄膜的c轴取向度有所提高。综上所述,Al膜的最佳厚度为100nm.