本文關(guān)鍵詞：高溫鎳基合金襯底上制備C軸取向AlN薄膜研究

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【摘要】：近年來,柔性聲表面波(SAW)傳感器以其獨特的優(yōu)勢以及潛在的應(yīng)用價值已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在這些柔性SAW器件中,C軸擇優(yōu)取向的氮化鋁薄膜(AlN)以其良好物理化學(xué)特性成為首選的壓電材料。但目前為止的絕大多數(shù)研究,主要局限于將AlN薄膜制備在只能應(yīng)用于較低溫度下的超薄的柔性有機聚合物襯底表面。對于可耐高溫的柔性合金襯底上制備AlN薄膜還少有報道,Hastelloy柔性帶材因其具有良好柔韌性和耐高溫的特性被廣泛應(yīng)用于各種場合。因此,系統(tǒng)的開展在柔性高溫鎳基合金襯底上制備C軸擇優(yōu)取向的AlN薄膜的研究,對于開發(fā)耐高溫的柔性SAW傳感器具有重要意義。首先,通過在Hastelloy襯底和Si(100)襯底上沉積AlN薄膜,發(fā)現(xiàn)襯底表面RMS粗糙度對于AlN薄膜的C軸擇優(yōu)取向影響極大,其中AlN/Hastelloy樣品的(002)峰搖擺曲線FWHM為16.3°,AlN/Si(100)樣品的(002)峰搖擺曲線FWHM為2.3°。通過化學(xué)溶液平坦化法在粗糙的Hastelloy柔性襯底表面制備一層非晶Y2O3緩沖層可以使柔性合金襯底表面RMS粗糙度減小到1 nm以下,相同工藝下制備的AlN/Y2O3/Hastelloy樣品的(002)峰搖擺曲線FWHM減小到4.4°。其次,本文系統(tǒng)的研究了中頻磁控濺射中襯底溫度、濺射功率、氮氣含量、濺射氣壓、靶基距等工藝參數(shù)對AlN薄膜的影響,發(fā)現(xiàn)襯底溫度與濺射功率對Al N薄膜C軸擇優(yōu)取向生長影響最為顯著,氮氣含量與濺射氣壓的影響次之,靶基距的影響最小。通過逐步優(yōu)化工藝參數(shù),最終制備的柔性AlN/Y2O3/Hastelloy薄膜(002)峰搖擺曲線FWHM低至3.7°,表面RMS粗糙度為5.46 nm,壓電系數(shù)d33為5.02 pm/V。并且薄膜附著性良好,不會隨著樣品的彎曲而脫落。接著,通過AlN薄膜的SEM斷面分析,得到了兩步法制備C軸擇優(yōu)取向AlN薄膜的生長模型。AlN薄膜生長主要分為三個階段:種子層生長階段、排列生長階段和柱狀晶生長階段,其中前兩個階段的生長對于AlN薄膜的C軸擇優(yōu)取向至關(guān)重要。最后,提出了三步法制備工藝,通過在薄膜生長過程中將N2含量從30%逐步增加到50%,消除了薄膜表面晶粒異常的現(xiàn)象,所制備的AlN薄膜呈現(xiàn)高C軸擇優(yōu)取向,其(002)峰搖擺曲線FWHM為4.2°,其值接近大多數(shù)單晶襯底上制備的AlN薄膜,薄膜表面RMS粗糙度為8.42 nm,薄膜表面平整,為下一步制備柔性的耐高溫SAW傳感器打下了堅實的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2

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