微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical System MEMS）是指可以批量制造的微設(shè)備或系統(tǒng),主要包含微機(jī)械,微傳感器,微執(zhí)行器以及信號(hào)處理、控制電路,通信和電源等。其工作原理是外部環(huán)境物理、化學(xué)和生物等信號(hào)輸入,通過(guò)微傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào),經(jīng)過(guò)信號(hào)處理（模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)）后,由微執(zhí)行器執(zhí)行動(dòng)作,達(dá)到與外部環(huán)境“互動(dòng)”的功能。薄膜體聲波諧振器（Film-Bulk-Acoustic-Wave-Resonators FBAR）因具有體積小、損耗低、功率容量大、可集成等優(yōu)異的性能,隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展得到廣泛關(guān)注。氮化鋁（AlN）薄膜作為常用的壓電薄膜材料之一,具有多晶擇優(yōu)取向性,晶體表面聲波沿c-軸方向的傳輸速度最大,是所有已知壓電材料中聲波波速最高的最快的壓電材料,常被用來(lái)研究FBAR。本論文通過(guò)采用反應(yīng)磁控濺射的方法,在大尺寸（8英寸）基板上通過(guò)改變不同電源功率、基板偏壓、氮?dú)饬髁�、濺射靶材與基板的距離等成膜條件制備了AlN壓電薄膜并對(duì)其性能進(jìn)行深入研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,濺射功率的大小影響著AlN薄膜的膜厚均一性和c軸取向,沉積速率對(duì)薄膜的均一性也有重要影響;基... 

【文章來(lái)源】：長(zhǎng)春大學(xué)吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)示意圖

5施加電流，壓電將改變其形狀并在其晶體中產(chǎn)生應(yīng)變。這是由于原子在晶體中的排列不均勻而發(fā)生的。通常，在普通的非壓電材料中，其晶體中的電荷被平衡并抵消，從而在施加壓力時(shí)使晶體中性充電。另一方面，當(dāng)向壓電材料施加壓力時(shí)，晶體極化并且電荷中心嚴(yán)重失衡，并在晶體中產(chǎn)生所謂的偶極子。電荷的這種不平衡是使壓電體像壓電體一樣工作的基本機(jī)制。與其感測(cè)能力相似，壓電材料會(huì)產(chǎn)生與施加到壓電材料的電量成比例的量的應(yīng)變或位移。由于壓電體與所施加的電荷成比例地運(yùn)動(dòng)，因此壓電體通常用于進(jìn)行難以置信的小而精確的運(yùn)動(dòng)，位移量?jī)H受可施加到壓電體的電荷量的限制。在使用壓電進(jìn)行致動(dòng)的應(yīng)用中，通常將多個(gè)壓電陶瓷板相互堆疊，并平行布線成壓電疊層。這樣做會(huì)增加設(shè)備的電容，并降低引起位移的電壓要求。圖1-2壓電坐標(biāo)系在壓電坐標(biāo)系中（如圖1-2），數(shù)字1、2和3分別代表x，y和z軸，數(shù)字4、5和6代表繞軸的剪切力。該坐標(biāo)系對(duì)于壓電特性是必不可少的，并且可以深入了解極化方向和電場(chǎng)方向。壓電特性通常后跟兩個(gè)下標(biāo)。例如，壓電電荷系數(shù)d33后面是數(shù)字33。壓電電荷系數(shù)通常以皮特每伏特（pm/V）的單位表示，用于致動(dòng)目的，因?yàn)樗梢愿嬖V我們壓電的距離會(huì)隨著每伏特的電進(jìn)行移動(dòng)。在壓電坐標(biāo)系中，第一個(gè)下標(biāo)表示施加電場(chǎng)的方向，并且第二個(gè)下標(biāo)代表位移的方向。這意味著對(duì)于d33，電場(chǎng)和位移都在3個(gè)方向上。在壓電驅(qū)動(dòng)中，該模式稱為縱向或軸向模式。1.3氮化鋁薄膜晶體結(jié)構(gòu)氮化鋁（AlN）是一種屬類金剛石氮化物，具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的原子共價(jià)晶體，晶格常數(shù)a＝3.110，c=4.978。AlN的理論密度為3.26g/cm3，穩(wěn)定性好，

6最高可穩(wěn)定到2200℃。如圖1-3所示，四個(gè)N原子與周圍的一個(gè)Al原子形成一個(gè)包含四個(gè)SP3雜化軌道的四面體，Al原子有三個(gè)半滿和一個(gè)空軌道，N原子有三個(gè)半滿和一個(gè)全滿軌道。Bl鍵由Al原子的半滿軌道與N原子的半滿軌道形成，鍵長(zhǎng)為0.1885nm；B2鍵是由N原子的全滿軌道與Al原子的空軌道形成沿c軸方向的Al-N0鍵，鍵長(zhǎng)0.1917nm。N0-Al-Ni的鍵角為107.7°，Ni-Al-Ni的鍵角為110.5°。此外，纖鋅礦結(jié)構(gòu)AIN具有優(yōu)異的物理性質(zhì)，如表1-1所示。圖1-3纖鋅礦AlN的晶體結(jié)構(gòu)表1-1纖鋅礦結(jié)構(gòu)AIN的物理參數(shù)表物理性質(zhì)參數(shù)值禁帶寬度（eV）6.2熱膨脹系數(shù)/×10-6K-1Δa/a=4.2，Δc/c=5.3熱導(dǎo)率（W/(cmk)）2.85介電常數(shù)8.5密度g/cm33.23聲波傳輸速度（m/s）Va=5500Vc=11354電阻率（Ω.cm）＞1013熔點(diǎn)（℃）Tm=2800聲波傳輸速度m/sVa=5500,Vc=111354擊穿電壓（106V/cm）14

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]氮化鋁壓電薄膜的反應(yīng)磁控濺射制備與性能表征[D]. 畢曉猛.中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2014
[3]射頻磁控反應(yīng)濺射低溫制備高C軸擇優(yōu)取向的氮化鋁薄膜[D]. 鄺許平.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014

碩士論文
[1]基于AlN薄膜高頻SAW器件的制備與研究[D]. 肖福亮.天津理工大學(xué) 2018
[2]氮化鋁薄膜擇優(yōu)取向生長(zhǎng)研究[D]. 侯明穎.大連理工大學(xué) 2017
[3]基于單晶AlN薄膜的FBAR制備研究[D]. 劉國(guó)榮.華南理工大學(xué) 2017
[4]大功率LED散熱封裝用鋁基氮化鋁薄膜基板研究[D]. 楊力.浙江大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3535107