為了制備出壓電性能良好、c軸擇優(yōu)生長的氮化鋁鈧壓電薄膜,本文利用脈沖直流反應(yīng)磁控濺射法制備了幾組氮化鋁鈧薄膜,通過控制變量,并利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和壓電系數(shù)測試儀等測試設(shè)備,研究了氣體流量、功率、襯底溫度、緩沖層結(jié)構(gòu)以及摻鈧對薄膜結(jié)晶質(zhì)量及性能的影響,優(yōu)化了工藝參數(shù)。結(jié)果表明,相比于鈦鉑緩沖層,使用氮化鋁/鈦/鉑緩沖層制備薄膜,可以使搖擺曲線半高寬由2.62°降至2.38°。然后,對鈧摻雜機理進行了簡單分析,本文所制備氮化鋁鈧薄膜的縱向壓電系數(shù)d₃₃高達-10.5 pC/N,是純氮化鋁壓電系數(shù)的1.9倍, XRD圖譜及SEM圖像表明,在該摻雜濃度下,壓電系數(shù)的提高主要是通過鈧摻雜產(chǎn)生的晶格畸變引起,而非改變了晶體結(jié)構(gòu)。 

【文章來源】：光學(xué)精密工程. 2020,28(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

不同氣體流量下制備薄膜的掃描結(jié)果

在第二組實驗中,氣體流量比和襯底溫度分別固定在了6/24和室溫,濺射功率從300 W逐步提高到700 W。圖2展示了氮化鋁(002)峰的搖擺曲線FWHM和峰值強度隨濺射功率的變化,由圖可以看出,隨著功率的提高,薄膜結(jié)晶質(zhì)量先提高后降低。當功率較低時,金屬粒子通過碰撞獲得的能量較低,沉積到襯底時難以自發(fā)移動,因此排布較不規(guī)律。當功率滿足粒子自發(fā)移動要求時,(002)晶面擇優(yōu)生長;而當功率過大時,薄膜沉積速率上升,粒子尚未充分移動就被新沉積的粒子覆蓋,同樣導(dǎo)致結(jié)晶質(zhì)量變差。3.3 襯底溫度對結(jié)晶質(zhì)量的影響

在氮化鋁的濺射實驗中發(fā)現(xiàn),氮化鋁壓電薄膜的生長質(zhì)量與底電極密切相關(guān),通過引入與底電極晶格失配較小的氮化鋁緩沖層,在緩沖層上外延生長底電極,可以提高底電極生長質(zhì)量,借此進一步提高氮化鋁壓電薄膜層的生長質(zhì)量(見圖4)[9,12]。由圖1～圖3的X射線衍射圖譜可以看出,在本次實驗過程中的所有參數(shù)條件下,實驗組的薄膜生長質(zhì)量幾乎都優(yōu)于對照組,且最優(yōu)薄膜也是在實驗組的緩沖層結(jié)構(gòu)下所制備完成的,說明氮化鋁種子層的引入的確可以改善薄膜生長質(zhì)量。圖5顯示了最優(yōu)參數(shù)下制備的氮化鋁鈧薄膜的2θ-θ掃描結(jié)果,虛線為實驗組(氮化鋁/鈦/鉑緩沖層上生長的氮化鋁鈧薄膜),實線為對照組(鈦/鉑緩沖層上生長的氮化鋁鈧薄膜)。由圖5的θ掃描曲線可以看出,氮化鋁種子層的存在改善了氮化鋁鈧壓電薄膜的生長質(zhì)量,實驗組所制備薄膜的衍射圖譜中氮化鋁(002)峰明顯較優(yōu),在未扣除儀器本征FWHM的情況下,FWHM達到2.38°,而對照組則為2.62°。由于薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和FWHM直接相關(guān)[12],該結(jié)果證明實驗組薄膜的結(jié)晶質(zhì)量優(yōu)于對照組。同時,加入氮化鋁層后可以明顯觀察到鈦的衍射峰,證明這一現(xiàn)象的機理可能是氮化鋁緩沖層的引入改善了底電極的結(jié)晶質(zhì)量,從而進一步提高了薄膜的結(jié)晶質(zhì)量[9]。該現(xiàn)象在氮化鋁的制備中曾有出現(xiàn),本文結(jié)果證明該機理在氮化鋁鈧的制備中同樣有效。另外,在XRD掃描范圍內(nèi)未見明顯氮化鋁(100)峰出現(xiàn)[13],證明實驗所制備的氮化鋁鈧薄膜具有明顯的c軸擇優(yōu)取向[8]。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]氮化鋁薄膜體聲波諧振器（FBAR）的電場與紅外頻率調(diào)制特性研究[D]. 陳聰.重慶大學(xué) 2018

碩士論文
[1]ZnO薄膜制備及聲傳感器結(jié)構(gòu)仿真[D]. 曾雄.電子科技大學(xué) 2007



本文編號：3007229