C軸取向ZnO薄膜的性能研究及濾波器初步設(shè)計.pdf

1、ZnO材料是一種II-VI族寬禁帶的多功能半導(dǎo)體光電材料，在紫外發(fā)光管和激光器、紫外探測器、透明導(dǎo)電電極和高頻聲表面波器件等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用，所以一直備受研究人員的關(guān)注。本論文應(yīng)用射頻磁控濺射法為基礎(chǔ)制備了高C軸取向ZnO薄膜，系統(tǒng)地研究了氬氧比、退火溫度、靶基距和濺射氣壓等濺射參數(shù)對ZnO薄膜的微結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性能的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上對聲表面波濾波器的設(shè)計和制作進行了初步的探討性研究。 通過對不同濺射參數(shù)下ZnO薄膜

2、的晶體結(jié)構(gòu)和顯微結(jié)構(gòu)的研究，確定了制備聲表面波濾波器用ZnO薄膜的最佳工藝參數(shù)。此條件下制備的ZnO薄膜具有高C軸取向，晶粒形狀規(guī)則、大小均勻，薄膜結(jié)構(gòu)致密、無孔洞、表面平整，內(nèi)應(yīng)力小。這種ZnO薄膜能夠滿足聲表面波濾波器用ZnO薄膜的技術(shù)指標(biāo)。 在光學(xué)性能方面，采用“包絡(luò)法”計算了ZnO薄膜的折射率、消光系數(shù)及禁帶寬度等光學(xué)常數(shù)，討論了光學(xué)常數(shù)隨濺射參數(shù)的變化規(guī)律及其作用機理。揭示了ZnO薄膜光致發(fā)光的紫外發(fā)射帶、紫光帶和藍光

3、帶的發(fā)射機制，研究了濺射參數(shù)對ZnO薄膜光致發(fā)光特性的影響規(guī)律，應(yīng)用拉曼光譜分析了ZnO薄膜的相結(jié)構(gòu)和內(nèi)應(yīng)力變化。實驗結(jié)果表明：采用最佳工藝參數(shù)制備的ZnO薄膜折射率1.997，消光系數(shù)0.0487，內(nèi)應(yīng)力0.053GPa，其缺陷最少。 在電學(xué)性能表征方面，測量、計算了ZnO薄膜相對介電常數(shù)、介電損耗、漏電流和電阻率，研究了其相對介電常數(shù)、介電損耗隨濺射參數(shù)的變化及其漏電流電導(dǎo)機制和電阻率特性。測試結(jié)果表明：ZnO薄膜相對介電常

4、數(shù)受濺射工藝參數(shù)的影響較大，而介電損耗的變化不十分明顯，其值在0.005～0.01之間波動；薄膜樣品處于弱外場中時，具有歐姆傳導(dǎo)特征，而處于中、強場時，具有空間電荷限制傳導(dǎo)(SCLC)模型的特征。采用最佳工藝參數(shù)制備的ZnO薄膜，在頻率f=600KHz條件下的相對介電常數(shù)為12.8，介電損耗為0.0054；施加-5～5V的外場偏壓，漏電流在10-10～10-8A之間變化；電阻率為9.276×107Ω·cm。 在器件的設(shè)計與制作方