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适合声表面波谐振器的ZnO薄膜研究
作 者: 徐寅
导 师: 杨保和
学 校: 天津理工大学
专 业: 物理电子学
关键词: ZnO薄膜 缓冲层 声表面波器件 缺陷分析
分类号: TN304.055
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
随着信息化检测技术的发展,要求更高的传感器精度和性能。SAW传感检测技术是一项较新的传感技术。由于其灵敏度高、体积小而且便于半导体工艺相集成受到了广泛的研究。但是,目前国内外大多数的SAW物理量和化学量传感器都是基于延迟线振荡器的。与SAW延迟线(SAWDL)振荡器相比,双端SAW谐振器的传输特性与高Q延迟线的特性非常类似,但它有几个重要特点:一是谐振器的插入损耗要小得多;二是谐振器的尺寸很小;三是声表面波谐振器调频范围比声表面波延迟线型窄,增加调频范围会降低稳定度。所以对于声表面波气体传感器来说,研究声表面波谐振器十分有必要。另一方面,高性能的ZnO薄膜声表面波器件要求ZnO薄膜高C轴取向,晶粒致密均匀、表面光滑、缺陷少且薄膜的电阻率高。本文对于声表面波谐振器展开了理论分析和研究,并探讨了缓冲层对于声表面波器件缺陷性能的影响。通过在Si(100)衬底、Ti/Si(100)衬底和Au/Si(100)衬底上分别制备ZnO薄膜,探讨了缓冲层对ZnO薄膜结构和缺陷的影响,并利用X射线衍射(XRD)测试了ZnO薄膜的晶体结构及择优取向、利用原子力显微镜(AFM)观察ZnO薄膜的表面粗糙度、利用PL光谱检测了ZnO薄膜的缺陷、利用半导体参数分析仪测试了ZnO薄膜的电阻率,重点比较了Ti缓冲层上和Si衬底上ZnO薄膜的性能,分析了Ti缓冲层对于ZnO薄膜缺陷的改善作用。结果表明在Ti(缓冲层)/Si(100)衬底上、衬底温度350 oC的条件下制备的ZnO薄膜表面光滑、缺陷少、电阻率高且具有高C轴取向。这一工作对于压电薄膜缺陷分析及高性能ZnO声表面波器件研制有较大的意义。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-9 第一章 绪论 9-17 1.1 声表面波技术发展历史及技术特点 9-10 1.2 声表面波传感器的分类 10-14 1.2.1 延迟线型 10-12 1.2.2 谐振器型 12-13 1.2.3 两类SAW 传感器的特点 13-14 1.3 金刚石多层膜SAW 器件的特点及其材料工艺研究 14-15 1.3.1 金刚石多层膜SAW 器件的特点 14 1.3.2 金刚石多层膜SAW 器件的构造 14-15 1.4 本课题的研究意义及主要工作 15-17 1.4.1 国内外研究现状分析 15-16 1.4.2 课题的研究目的和意义 16-17 第二章 双端SAW 谐振器 17-23 2.1 SAWR 的构成 17-19 2.1.1 叉指换能器 17-18 2.1.2 反射栅 18-19 2.2 双端SAW 谐振器 19-23 2.2.1 双端SAW 谐振器的结构图 19-20 2.2.2 双端谐振器的设计参数 20-23 第三章 ZnO 薄膜性质及表征手段 23-35 3.1 ZnO 的性质 23-24 3.1.1 ZnO 的结构及其特性 23 3.1.2 ZnO 的压电效应 23 3.1.3 压电材料的三个参数 23-24 3.2 ZnO 薄膜的制备方法 24-29 3.2.4 MOCVD 24-25 3.2.5 PLD 25-26 3.2.6 PECVD 26 3.2.7 MBE 26-27 3.2.8 ALD 27-28 3.2.9 磁控溅射法 28-29 3.3 射频磁控溅射ZnO 方法 29-31 3.3.1 预处理 29-30 3.3.2 制备过程 30-31 3.4 ZnO 薄膜的表征手段 31-35 3.4.1 X 射线衍射分析法(XRD) 31-32 3.4.2 原子力显微镜(AFM) 32-33 3.4.3 光致荧光光谱(PL) 33-34 3.4.4 半导体参数分析仪 34-35 第四章 缓冲层结构对硅衬底上ZnO 薄膜特性的影响 35-45 4.1 缓冲层结构对SAWR 的影响 35 4.2 衬底温度对缓冲层上ZnO 薄膜的影响 35-45 4.2.1 无缓冲层(ZnO/Si) 36-38 4.2.2 Ti 缓冲层(ZnO/Ti/Si) 38-41 4.2.3 Au 缓冲层(ZnO/Au/Si) 41-45 第五章 ZnO 薄膜缺陷的分析 45-55 5.1 薄膜缺陷的测试方法 45-46 5.2 不同衬底温度下缓冲层上ZnO 薄膜结构的PL 光谱 46-51 5.2.1 不同温度下ZnO/Si 薄膜的PL 光谱 46-47 5.2.2 不同温度下ZnO/Ti/Si 薄膜PL 光谱 47-49 5.2.3 不同温度下ZnO/Au/Si 薄膜的PL 光谱 49-51 5.3 缓冲层上ZnO 薄膜的缺陷分析 51-55 5.3.1 Si 衬底与Ti 缓冲层/Si 衬底上ZnO 薄膜缺陷的比较分析 51-54 5.3.2 Au 缓冲层/Si 衬底上ZnO 薄膜缺陷的分析 54-55 第六章 结论和展望 55-56 参考文献 56-60 发表论文和科研情况说明 60-61 致谢 61-62
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料 > 一般性问题 > 制取方法与设备 > 半导体薄膜技术
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