為將氮化鋁（Al N）的壓電特性與微電子機(jī)械系統(tǒng)（microelectro mechonical system,MEMS）的微加工技術(shù)相結(jié)合,研制基于Al N壓電薄膜結(jié)構(gòu)的單電極水聽器。通過采用COMSOL仿真方法研究了器件在20～100 Hz低頻范圍內(nèi)諧振特性,結(jié)果表明壓電薄膜優(yōu)化厚度0. 8～1. 0μm,振動薄膜直徑100μm。給出了器件制備工藝流程,采用感應(yīng)耦合等離子體（inductively coupled plasma,ICP）精準(zhǔn)刻蝕A1N薄膜提高成品率,并對實(shí)際樣品進(jìn)行高靜水壓等環(huán)境適應(yīng)性測試。單個水聽器陣列結(jié)構(gòu)是40×40,實(shí)際尺寸為7 mm×7 mm,可見Al N薄膜可以用來制備高性能的水聽器集成系統(tǒng)。 

【文章來源】：科學(xué)技術(shù)與工程. 2020,20(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

Al N薄膜結(jié)構(gòu)仿真

在壓電水聽器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，最為關(guān)鍵的是要提高壓電材料的性能。一是，壓電淀積材料的選擇對壓電薄膜性能影響很大。在大多數(shù)的MEMS應(yīng)用中，都會將單晶硅材料作為Al N或者ZnO淀積時的襯底。而對于水聽器這樣的特殊應(yīng)用，需要在壓電材料下方設(shè)計(jì)金屬層這樣的附加層。壓電材料一般處于兩個導(dǎo)電層之間。而導(dǎo)電層的好壞直接影響壓電材料的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其壓電性能。常用的壓電材料有Ti電極、Al電極、Au電極和Pt電極。設(shè)計(jì)中采用Mo電極作為Al N的底部電極，Al N沉積在Mo上比在其他電極上具有更加優(yōu)越的壓電性能，Mo電極作為超薄材料電阻率低，與Pt相比Mo具有更高的聲波衰減強(qiáng)度，目前是最適合作為水聽器的底部電極的金屬材料。二是，在SOI的頂層硅上預(yù)先生長一層50 nm的Al N薄膜緩沖層，會有利于底電極Mo的擇優(yōu)取向110晶向，如表2所示有無Al N緩沖層對壓電薄膜半寬高的影響。圖3所示為Mo在Al N緩沖層上的晶向。底電極Mo的擇優(yōu)取向好對于生長Al N的002晶向的擇優(yōu)取向生長更好，這樣生長的Al N薄膜壓電性能更好[16-18]。圖3 在Al N緩沖層上濺射的電極Mo的X-ray晶向

在Al N緩沖層上濺射的電極Mo的X-ray晶向

【參考文獻(xiàn)】：
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