用RF平面磁控溅射高度c轴取向ZnO压电薄膜

c轴取向ZnO薄膜是一种性能优良的新型压电薄膜材料,广泛用于声体波、声表面波和声光器件中.本文概述了ZnO薄膜的性能、用途和成膜方法.介绍了用本所设计改装的RF平面磁控溅射设备研制c轴取向ZnO薄膜的性能及在ZnO薄膜SAW电视中频滤波器、微波延迟线等器件上使用的结果.这种薄膜结晶取向好,C轴标准偏离б=1.5—3°,平均偏离m=0.1—0.8°,有强的压电性,K_s=0.75—0.89%,K_1=0.23—0.28.而且重复性、稳定性好.     

R.F.平面磁控溅射ZnO压电薄膜的特性

用高淀积速率R.F.平面磁控溅射已制备出具有极好结晶取向和表面平整度的ZnO压电薄膜.通过X-射线衍射,扫描电子显微镜,反射式电子衍射,光测量和机电测量对这些薄膜进行了详细的研究.薄膜c-轴垂直于基片.c-轴取向的标准偏离角σ小于0.5°,σ的最小值为0.35°,溅射条件为气压5×10~(-3)毛-3×10~(-2)毛(予先混合好的Ar50% O_250%),基片温度300—350℃.厚度达48微米的ZnO薄膜已重复制得,膜的质量和平整度没有下降.这些薄膜表面的平整度类似于玻璃基片.对He-Ne6328埃线TE_0模来说,4.2微米厚薄膜的光波导损耗低至2.0分贝/厘米,溅射后不需要处理.在叉指换能器(IDT)/ZnO/玻璃和ZnO/IDT/玻璃结构两种情况下,有效表面波耦合系数大于ZnO/玻璃结构理论值的95%.     

关于ZnO压电薄膜的概况

在ZnO、CdS等6mm点群的晶体中,垂直于C轴的面内的弹性和电性都是对称的,所以C轴择优取向的多晶薄膜即使其a轴随机取向也能具有象单晶那样的压电性,这类薄膜有很重要的实用价值,尤其是ZnO薄膜已广泛地用于各种声电和声光器件。 我们用射频平面磁控溅射装置和掺Li的ZnO陶瓷靶制出了压电性良好的ZnO膜,靶面附近的磁场水平分量约300高斯,膜的沉积速率约4微米/小时。     

激励剪切振动模式的ZnO压电薄膜的研制

本文介绍用于激励剪切振动模式的ZnO压电薄膜的制备方法、性能及应用前景.采用辅助阳极环,改变基片角度等的RF平面磁控溅射技术,在低气压、高速率的溅射条件下,制备出了c轴偏离基片法线40°,声速为2830m/s,机电耦合系数达到29—32%的ZnO压电薄膜.为制作微波复合谐振器和微波声换能器提供了性能优良的新型压电薄膜材料.     

用RF同轴磁控溅射技术制作C轴择优取向ZnO薄膜

ZnO薄膜是一种性能优良的多功能电子材料,用途十分广泛。本文介绍了我所研制的RF同轴磁控溅射装置及成膜技术。用此设备已制作出c轴择优取向的ZnO薄膜,并经各种检测证明膜质优良。用这种技术溅射制作的ZnO薄膜彩电中频滤波器性能良好,完全满足器件要求。本装置制作的薄膜膜厚均匀区宽、膜质好,不仅适用于ZnO薄膜的小批量生产,也可用于溅射沉积其它各种介质膜和金属膜。     

声表面波卷积器／存储相关器用ZnO膜的制备

本文介绍了声表面波(SAW)卷积器/存储相关器用优质氧化锌(ZnO)压电膜的制备方法。用平面磁控溅射技术溅射ZnO陶瓷靶沉积出了激励SAW西沙瓦模式的优质ZnO膜。用同轴磁控溅射技术溅射ZnO陶瓷靶沉积出的优质ZnO膜制作ZnO/Si单片式SAW卷积器,使该器件性能进一步改善,同时给出了相应的实验结果。     

磁控溅射ZnO基TFT的研究

采用直流磁控溅射在SiO2/n-Si(111)衬底上沉积了Al薄膜,经过光刻、刻蚀形成源漏极,再采用射频磁控溅射沉积ZnO薄膜作为有源层,成功制备了底栅顶接触结构的ZnO-TFT,Al膜厚135nm,ZnO膜厚110nm.实验结果表明,薄膜晶体管展示出明显的栅控特性以及饱和特性,ZnO薄膜沿C轴择优取向生长,且在可见光...     

直流反应磁控溅射ZnO薄膜

本文叙述有关锌靶和100％氧气的新反应磁控溅射工艺。由于在钟罩周围采用了一种螺线管线圈提高了平行于靶表面的漏磁力线分量。在十分高沉积速率(10微米/小时)下可在玻璃基片上制得高取向ZnO薄膜(C-轴取向)。ZnO薄膜的特性由X-射线衍射,反射电子衍射以及扫描电镜照片(SEM)确定。在0.2-0.4毛高氧压中得到了优质取向ZnO薄膜。这种溅射系统比目前其他溅射系统更为方便。     

硅基ZnO光电导紫外传感器的制备与性能表征

通过控制氩氧气体体积流量比,在单晶硅片上通过磁控溅射的方法制得c轴择优取向的ZnO薄膜,其(002)衍射峰的半高宽仅为0.3°,ZnO薄膜的常温光致发光光谱仅有一个发光峰位于3.17 eV,是ZnO受主缺陷的三阶声子伴线发光峰(FXA-3LO),该峰的出现也说明了ZnO薄膜具有较高的纯度和晶体质量,ZnO薄膜电阻率为1...     

4.4千兆赫ZnO单晶膜/兰宝石SAW滤波器

在兰宝石(Al_2O_3)基片上采用ZnO单晶膜已研制成4.4千兆赫SAW滤波器.ZnO膜是用R.F.磁控溅射技术生长的.发现ZnO/Al_2O_3结构的SAW特性与理论值很一致.滤波器系由0.5微米宽的双电极叉指换能器构成.尽管电极宽度较宽,但是由于器件用了具有极高相速的西沙瓦波和通过双电极产生三次谐波,故能在这样高的频率下工作,滤波器的3分贝带宽为50兆赫,在匹配条件下的插入损耗为16分贝.     

多层式金刚石膜上沉积ZnO薄膜的研究

提出了一种制作ZnO/金刚石/硅结构声表面波器件的新工艺。利用热丝化学气相沉积(HFCVD)技术,通过逐次调整气压、碳源浓度等生长参数,在硅基片上沉积了晶粒尺寸逐层减小的、光滑的多层式金刚石薄膜,表面粗糙度低于20 nm,厚度大于35μm。在金刚石膜上制作了线宽为8μm的IDT电极。尝试利用射频(RF)磁控溅射法在制备的多层式金刚石膜上生长ZnO薄膜,X-射线衍射(XRD)结果表明,当衬底温度(Th)为250℃、气压(P)为0.4 Pa时,在多层式金刚石薄膜衬底上可沉积高度c轴取向的ZnO薄膜,电阻率接近106Ω.cm,满足制作声表面波器件对衬底材料的要求。     

退火处理对ZnO薄膜结晶性能的影响

研究了退火处理对ZnO薄膜结晶性能的影响.ZnO薄膜由直流反应磁控溅射技术制得,并在O2气氛中不同温度(200～1000℃)下退火,利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)对其结晶性能进行了研究,提出了一个较为完善的ZnO薄膜退火模型.研究表明:热处理可使c轴生长的薄膜取向性增强;随退火温度的升高,薄膜沿c轴的张应力减小,压应力增加;同时晶粒度增大,表面粗糙度也随之增加.在640℃的应力松弛温度(SRT)下,ZnO薄膜具有很好的c轴取向,沿c轴的应力处于松弛状态,晶粒度不大,表面粗糙度较小,此时ZnO薄膜的结晶性能最优.     

高频用的ZnO薄膜表面波器件

研究了表面波器件用的薄膜材料及其在甚高频-超高频带上的应用,结果证明ZnO薄膜是最佳的簿膜材料.这些薄膜是采用射频溅射法制作的.在这种情况下,形成在玻璃基片上的C轴取向的多晶膜,温度系数为15×10~(-6)/℃以下,可在300兆赫以下的频率范围内作成温度稳定性好的表面波器件.另一方面,在蓝宝石基片上外延生长的ZnO单晶膜的相速度是6,500—10,000米/秒,而这种速度在块状单晶体内是不能得到的,并且已证明这种膜能有效地使用到千兆赫频带以上的高频范围.本文着重叙述关于使用这些薄膜制作的甚高频-超高频频带的表面波带通滤波器、谐振器、振荡器等的工作特性与薄膜材料特性相比较的结果.     

X波段4位数控移相器MMIC研究

采用0.25μm GaAs FET芯片工艺成功制作了X波段4位数控移相器MMIC,对该数控移相器MMIC集成电路的设计、工艺制作过程做了阐述,并给出了实际测试参数.电路设计采用了高低通滤波器式移相器拓扑,串联FET与并联FET组合的电路方式.结果表明,在7.5～8.7 GHz频段内插入损耗≤7 dB,电压驻波比≤1.8∶1,开关时间≤30 ns,移相精度22.5°±2°,45°±3°,90°±3°,180°±3°,所有状态均方根移相误差≤5,控制电压-5 V或0 V.     

ZnO透明导电膜的制备方法

ZnO膜是近几年研究较多的、有希望取代ITO膜的大面积、低成本的透明导电膜。本文详细介绍了制备ZnO膜的射频磁控溅射法,制备工艺对膜的电学、光学和结构的影响,各种掺杂对ZnO膜性能的影响。最后,简要介绍了ZnO膜的其它制备方法。     

射频磁控溅射ZnO薄膜的微结构与光学特性

研究了膜厚对ZnO薄膜微结构和光学性能的影响。采用射频磁控溅射法在单晶硅(111)和玻璃基片上制备了不同厚度的ZnO薄膜。通过X射线衍射、原子力显微镜和紫外可见光谱对薄膜进行了表征。结果表明薄膜结晶性能良好,在(002)晶面具有明显的c轴取向。随着薄膜厚度的增加,透射率下降,吸收边红移,禁带宽度逐渐减小。     

用氧化锌压电薄膜制作温度稳定的声表面波延迟线

本文叙述了用ZnO压电薄膜制作温度稳定的表面波延迟线的实验工作结果,c-轴取向的ZnO膜用射频溅射方法制造,ZnO薄膜淀积在各种非压电基片上,可用于发生和检测中心频率约为100兆赫的声表面波.文中研究了薄膜结构和薄膜厚度与机电耦合系数的关系.详细研究了基片材料对延迟的温度系数的影响,获得了延迟温度系数为-5.4×10~(-6)/℃的结果.     

c轴择优取向ZnO薄膜RF溅射工艺研究

通过射频磁控溅射在Si(100)基片上制备了ZnO薄膜,该文着重研究了磁控溅射中各生长参数如衬底温度、氧分压及后处理工艺等因素对氧化锌薄膜结晶性能、表面形貌、择优取向与微结构的影响,并对溅射工艺与取向、结构的关系进行了分析比较,从而确定了最佳溅射及后处理条件并获得了c轴择优取向的ZnO薄膜。     

以铝作过渡层的c轴取向Si基ZnO晶体薄膜的生长及其肖特基二极管的研制

利用直流反应磁控溅射方法在金属Al过渡层上沉积了Si基ZnO晶体薄膜,并利用X射线衍射、扫描电子显微镜和扩展电阻测试仪对ZnO薄膜的晶体质量和电学性能进行了分析.结果表明,ZnO薄膜具有高度的c轴取向,样品表明光洁、平整,薄膜与衬底之间有清晰的过渡区.在此ZnO薄膜上成功地制备了肖特基二极管的原型器件,室温下的I-V测试结果表明该Au/ZnO/Al肖特基二极管具有明显的整流特性.     

Ag层的厚度对ZnO/Ag/ZnO多层膜性能的影响

采用射频磁控溅射ZnO陶瓷靶、直流磁控溅射Ag靶的方法制备了不同厚度Ag夹层的ZnO(60nm)/Ag/ZnO(60nm)多层膜.分别用X射线衍射仪、紫外可见分光光度计、四探针测试仪对样品的结构、光学性质、电学性质进行了研究.结果表明:随着Ag层厚度的增加,ZnO/Ag/ZnO多层膜呈现多晶结构,Ag(111)衍射峰的强度增强.Ag夹层厚度为11nm时,ZnO(60nm)/Ag/ZnO(60nm)膜在554nm处的透过率高达92.3%.随着Ag层厚度的增加,Ag膜的特征吸收峰呈现红移和宽化,ZnO/Ag/ZnO多层膜的面电阻先减小后趋于稳定.