硅酸鎵鑭薄膜的制備研究.pdf

1、聲表面波傳感器由于具有易小型化、抗輻射能力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，從而被廣泛研究并應(yīng)用于溫度傳感、壓力傳感、氣體傳感等領(lǐng)域。在高溫的惡劣環(huán)境中，聲表面波傳感器要能正常工作，就要求制作高溫聲表面波器件所需要的壓電材料具有高的溫度穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。硅酸鎵鑭（La3Ga5SiO14，LGS）是一種新型的性能優(yōu)異的壓電材料，其機(jī)電耦合系數(shù)是石英的2~3倍，同時還具有良好的溫度穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，從室溫到熔點(diǎn)（1470℃）之間無相變。而隨著器件小型

2、化、集成化的發(fā)展，需要將壓電材料薄膜化。因此，本文開展溶膠凝膠法制備LGS薄膜的研究，對于研究新型耐高溫薄膜聲表面波傳感器具有重要的意義。
　　首先，本文利用溶膠凝膠法進(jìn)行制備LGS薄膜的初步探索，采用相同工藝分別在硅基片與藍(lán)寶石基片上沉積 LGS薄膜。結(jié)果表明：退火溫度高于1100℃時LGS薄膜才會結(jié)晶，而在此溫度下，硅基片表面的SiO2會重新結(jié)晶，不適用于LGS薄膜的制備，而在藍(lán)寶石基片表面可成功制備出化學(xué)計(jì)量比非常準(zhǔn)確的LG

3、S薄膜。
　　其次，本文系統(tǒng)研究了熱處理溫度和時間、檸檬酸添加量和干燥溫度對藍(lán)寶石基片上沉積的 LGS薄膜質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：LGS薄膜結(jié)晶的最低溫度為1100℃，最佳退火溫度為1200℃；熱處理時間超過3 h后LGS薄膜的結(jié)晶程度基本上不再變化；當(dāng)檸檬酸添加量為 La(NO3)3·6H2O和 Ga(NO3)3物質(zhì)量總和的2倍時制備得到的LGS薄膜結(jié)晶程度最好；干燥溫度對薄膜質(zhì)量的影響非常大，本文提出一種交叉熱處理工藝（200℃

4、干燥1 h+300℃干燥1 h+…）可以制備出（110）擇優(yōu)取向且致密的LGS薄膜。
　　最后，在交叉熱處理工藝的基礎(chǔ)上，研究了溶膠的濃度對LGS薄膜晶粒尺寸和粗糙度RMS的影響，結(jié)果表明，晶粒的尺寸隨著溶膠濃度的增加而變大，三種濃度0.1 mol/L，0.2 mol/L和0.3 mol/L溶膠的RMS分別為11.8 nm，28.2 nm和35.4 nm。最終確定了制備LGS薄膜的優(yōu)化工藝，即溶膠濃度為0.1 mol/L、檸檬酸酸