CN107385394B - ZnO/AlN/Si多层结构薄膜及制备方法与应用 - Google Patents

ZnO/AlN/Si多层结构薄膜及制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107385394B
CN107385394B CN201710493812.8A CN201710493812A CN107385394B CN 107385394 B CN107385394 B CN 107385394B CN 201710493812 A CN201710493812 A CN 201710493812A CN 107385394 B CN107385394 B CN 107385394B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aln
film
zno
substrate
multilayer films
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710493812.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107385394A (zh
Inventor
罗景庭
全傲杰
范平
钟爱华
郑壮豪
张东平
梁广兴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huiyuen Technology (Shenzhen) Co.,Ltd.
Original Assignee
Shenzhen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN201710493812.8A priority Critical patent/CN107385394B/zh
Publication of CN107385394A publication Critical patent/CN107385394A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107385394B publication Critical patent/CN107385394B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/086—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036—Reactive sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明公开ZnO/AlN/Si多层结构薄膜及制备方法与应用，包括Si衬底，及Si衬底上依次叠层的具有c轴择优取向的AlN薄膜和ZnO薄膜。本发明以传统半导体工艺兼容性好的单晶Si（100）作为衬底材料，采用反应磁控溅射法，首先利用Al靶材反应溅射在Si衬底上生长出AlN（110）薄膜，然后通过AlN薄膜（110）晶面与ZnO（110）薄膜晶面较低的晶格适配度，利用Zn靶材反应溅射在AlN（110）薄膜上成长出ZnO（110）薄膜，最终形成ZnO(110)/AlN(110)/Si多层结构薄膜。本发明制备方法设备简单，工艺简便，成本低廉，为Love‑SAW传感器提供新型的压电薄膜材料。

Description

ZnO/AlN/Si多层结构薄膜及制备方法与应用
技术领域
本发明涉及压电薄膜材料领域，尤其涉及一种ZnO/AlN/Si多层结构薄膜及制备方法与应用。
背景技术
声表面波（surface acoustic wave，SAW）器件是通信、环境、化学、生物等传感领域的重要元器件。对于化学和生物等涉及到液体环境的传感领域，剪切水平(shearhorizontal，SH) 是SAW传感器首选的工作模式，因为SH-SAW的质点位移平行于衬底表面，而不会向液体环境中辐射能量，从而减少SAW能量损失，提高SAW传感器的灵敏度。当SAW器件表面覆盖一层导波层时，SH-SAW就转变成乐甫-声表面波（Love-SAW），由于导波层材料的声速比较低，因此大部分SAW能量都集中在导波层材料中，因此Love-SAW传感器的灵敏度很高。目前大部分Love-SAW传感器采用压电晶体材料（石英，铌酸锂和钽酸锂）。然而，压电晶体材料制备的SH-SAW传感器或多或少都存在一些问题，例如石英的机电耦合系数小，铌酸锂和钽酸锂的温度漂移现象严重，而且体波效应导致的声波衰减较大。此外，压电晶体材料（石英，铌酸锂和钽酸锂）很脆，而且价格昂贵，另外与传统的半导体工艺兼容性差，不利于实现单片集成。
在Si衬底上叠层沉积压电薄膜制备多层压电薄膜结构，该方法制作SAW传感器不仅价格低廉，能够采用微电子工艺进行大批量生产，同时能够与其他外围电路和声表面波微流体器件进行单片集成，有望真正实现声表面波微流体芯片实验室（lab-on-a-chip）。ZnO和AlN在众多压电薄膜中具有稳定的介电常数，高的电阻率，低耗散因子，因此被认为是应用于声表面波器件的理想压电薄膜材料。ZnO薄膜具有较大的压电常数和高的机电耦合系数，然而其相速度Vp较低（2558米/秒）。与ZnO薄膜相比，AlN薄膜具有高得多的相速度Vp（6016米/秒），但其压电性能较低。另外，ZnO和AlN具有不同的频率温度系数（TCF），因此采用在Si衬底上叠层生长AlN和ZnO形成多层结构薄膜的SAW器件能够获得良好的声表面波性能。
为了制备Love-SAW器件，需要满足以下两个条件：一是能够激发SH-SAW；二是导波材料的声速比基底材料低。在ZnO/AlN/Si多层薄膜结构中ZnO薄膜的声速比基底AlN/Si的声速低，满足第二个条件。而若要激发SH-SAW，要求ZnO和AlN薄膜应当具有c轴平行于Si衬底表面的择优取向，即（110）择优取向。ZnO和AlN薄膜都具有密排六方的晶体结构，（001）晶面就有最低的晶面能，因此ZnO和AlN薄膜容易形成（001）择优取向，而不容易形成（110）择优取向。因此需要采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）以及利用价格昂贵的蓝宝石等单晶衬底材料才能外延生长（110）择优取向的ZnO和AlN薄膜。然而这些方法不仅制备成本高，而且所制备的压电薄膜材料不能与传统的半导体Si工艺集成。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种ZnO/AlN/Si多层结构薄膜及制备方法与应用，旨在解决现有方法不仅制备成本高，而且所制备的压电薄膜材料不能与传统的半导体Si工艺集成的问题。
本发明的技术方案如下：
一种ZnO/AlN/Si多层结构薄膜，其中，包括Si衬底，及Si衬底上依次叠层的具有c轴择优取向的AlN薄膜和ZnO薄膜。
一种如上所述的ZnO/AlN/Si多层结构薄膜的制备方法，其中，包括步骤：采用反应磁控溅射方法在Si衬底上依次沉积具有c轴择优取向的AlN薄膜和ZnO薄膜，得到ZnO/AlN/Si多层结构薄膜。
所述的方法，其中，具体包括步骤：将Si衬底置于磁控溅射真空室内，采用反应磁控溅射Al靶材，在Si衬底上沉积得到具有c轴择优取向的AlN薄膜，然后采用反应磁控溅射Zn靶材，在AlN薄膜上沉积得到具有c轴择优取向的ZnO薄膜。
所述的方法，其中，Si衬底上沉积具有c轴择优取向的AlN薄膜的工艺为：工作压强为0.1-1.5Pa，氮气和氩气流量之比为0.2-1，气体流量为20-80sccm，溅射功率为80-180W，Si衬底温度为25-600℃，沉积时间为30-120min，Si衬底负偏压为80-150V。
所述的方法，其中，Si衬底上沉积具有c轴择优取向的AlN薄膜的工艺为：工作压强为1.2Pa，氮气和氩气流量之比为0.6，气体流量为40sccm，溅射功率为80W，Si衬底温度为250℃，沉积时间为30min，Si衬底负偏压为100V。
所述的方法，其中，在AlN薄膜上沉积具有c轴择优取向的ZnO薄膜的工艺为：工作压强为0.1-1Pa，氧气和氩气流量之比0.1-1，气体流量为20-80sccm，溅射功率为80-180W，Si衬底温度为25-300℃，沉积时间为10-120min。
所述的方法，其中，在AlN薄膜上沉积具有c轴择优取向的ZnO薄膜的工艺为：工作压强为0.3Pa，氧气和氩气流量之比0.6，气体流量为40sccm，溅射功率为100W，Si衬底温度为200℃，沉积时间为30min。
所述的方法，其中，沉积AlN薄膜和ZnO薄膜之前，还包括步骤：对Si衬底进行预处理；所述预处理的步骤为：将Si衬底分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗5-15min，再用氮气枪吹干。
所述的方法，其中，采用反应磁控溅射Al靶材，在Si衬底上沉积AlN薄膜之前，还包括步骤：对Si衬底进行预溅射Al靶材。
一种ZnO/AlN/Si多层结构薄膜的应用，用作声表面波传感器的压电薄膜材料。
有益效果：本发明提供了一种AlN和ZnO压电薄膜与半导体Si工艺集成的ZnO/AlN/Si多层结构薄膜，并且AlN和ZnO压电薄膜均具有（110）择优取向。另外，本发明所述ZnO/AlN/Si多层结构薄膜的制备方法设备简单，工艺简单，成本低廉，可以大面积生长ZnO(110)/AlN(110)/Si多层薄膜，为Love-SAW传感器提供新型的压电薄膜材料，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为ZnO(110)/AlN(110)/Si多层结构薄膜制作的Love-SAW传感器的结构示意图。
图2为实施例所制备的ZnO(110)/AlN(110)/Si多层结构薄膜的X射线衍射图。
具体实施方式
本发明提供一种ZnO/AlN/Si多层结构薄膜及制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种ZnO/AlN/Si多层结构薄膜，其中，包括Si衬底，及Si衬底上依次叠层的具有c轴择优取向的AlN薄膜和ZnO薄膜。优选地，所述具有c轴择优取向的AlN薄膜的厚度为10nm~800nm，所述具有c轴择优取向的ZnO薄膜的厚度为500nm~20μm。
本发明实现了AlN和ZnO压电薄膜与半导体Si工艺集成，并且AlN和ZnO压电薄膜均具有（110）择优取向，有效解决了现有压电薄膜材料不能与传统的半导体Si工艺集成的问题。本发明该多层结构薄膜制作的SAW器件具有良好的声表面波性能。
本发明还提供一种如上所述的ZnO/AlN/Si多层结构薄膜的制备方法，其中，包括步骤：采用反应磁控溅射方法在Si衬底上依次沉积具有c轴择优取向的AlN薄膜和ZnO薄膜，得到ZnO/AlN/Si多层结构薄膜。
与现有采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）以及利用价格昂贵的蓝宝石等单晶衬底材料外延生长（110）择优取向的ZnO和AlN薄膜，导致制备成本高，ZnO和AlN薄膜不能与半导体Si工艺集成相比，本发明采用传统的磁控溅射工艺在半导体兼容性好的Si衬底上首先生长具有c轴择优取向的AlN薄膜（即AlN（110）薄膜），然后通过AlN（110）薄膜晶面与ZnO（110）薄膜晶面较低的晶格适配度（小于5%），在AlN（110）薄膜上生长具有c轴择优取向的ZnO薄膜（即ZnO(110)薄膜），最终形成ZnO(110)/AlN(110)/Si多层结构薄膜。本发明制备方法设备简单，工艺简单，成本低廉，可以大面积生长ZnO(110)/AlN(110)/Si多层薄膜。
下面对ZnO/AlN/Si多层结构薄膜的制备方法进行详细说明。
1）、Si基片的预处理
以Si基片作为衬底材料，对Si衬底进行预处理；具体预处理的步骤为：将Si衬底分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗5-15min（如10min），再用氮气枪吹干。
2）、Si衬底上沉积AlN(110)薄膜
将预处理好的Si衬底置于磁控溅射真空室内，采用反应磁控溅射Al靶材，在Si衬底上沉积得到具有c轴择优取向的AlN薄膜（即AlN(110)薄膜）。Si衬底上沉积具有c轴择优取向的AlN薄膜的工艺为：通入氮气作为反应气体，工作压强为0.1-1.5Pa，氮气和氩气流量之比为0.2-1，气体流量为20-80sccm，溅射功率为80-180W，Si衬底温度为25-600℃，沉积时间为30-120min，Si衬底负偏压为80-150V。
3）、AlN(110)薄膜上沉积ZnO（110）薄膜
Si衬底上成功制备AlN（110）薄膜后，采用反应磁控溅射Zn靶材，在AlN薄膜上沉积得到具有c轴择优取向的ZnO薄膜（即ZnO (110)薄膜）。在AlN薄膜上沉积具有c轴择优取向的ZnO薄膜的工艺为：工作压强为0.1-1Pa，氧气和氩气流量之比0.1-1，气体流量为20-80sccm，溅射功率为80-180W，Si衬底温度为25-300℃，沉积时间为10-120min。
在AlN（110）薄膜和ZnO（110）薄膜的生长过程中，制备薄膜的工艺条件如工作压强，氮气和氩气流量之比，溅射功率，Si基片温度等对薄膜的生长，结构，表面形貌和性能都具有很大的影响，因此合理控制溅射工艺非常重要。在（110）择优取向的AlN薄膜生长过程中，基片负偏压的合理控制直接影响到（110）择优取向程度。另外，ZnO和AlN薄膜在a轴的方向上的晶格适配度小于5％，因此AlN（110）择优取向程度直接影响到ZnO（110）择优取向程度。本发明采用传统的磁控溅射工艺，并通过控制溅射工艺，在半导体兼容性好的Si衬底上成功制备得到具有（110）择优取向的AlN和ZnO薄膜。本发明通过控制负偏压，以控制AlN（110）择优取向程度。另外，本发明制备设备简单，工艺简单，成本低廉，可以大面积生长ZnO(110)/AlN(110)/Si多层薄膜。
本发明还提供一种ZnO/AlN/Si多层结构薄膜的应用，用作声表面波传感器的压电薄膜材料。如图1所示，其为ZnO(110)/AlN(110)/Si多层结构薄膜制作的Love-SAW传感器的结构示意图。
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
将抛光好的Si（100）单晶基片分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗10min，再用氮气枪吹干，安装在磁控溅射真空室内的基片架上，Al靶材和Zn靶材安装完毕后开始抽真空。当真空度高于10-5Pa后，通入氩气并预溅射Al靶材8min去除Si基片表面的污染。通入氮气作为反应气体，调节工作压强为1.2Pa，氮气和氩气流量之比为0.6，气体流量为40sccm，溅射功率为80W，基片温度为250℃，调节基片负偏压100V，控制沉积时间为30min，沉积得到具有（110）择优取向的AlN薄膜。然后采用Zn靶材反应磁控溅射沉积ZnO薄膜，控制工作压强为0.3Pa，氧气和氩气流量之比为0.6，气体流量为40sccm，溅射功率为100W，基片温度为200℃，沉积时间为30min。
对本实施例所制备得到的样品进行XRD测试，测试结果如下：
图2是所制备样品的X射线衍射图（XRD图），从图中可以看到，XRD图谱在30-80°仅在59.3°和56.7°左右出现衍射峰，分别对应于AlN薄膜和ZnO薄膜（110）晶面的衍射峰，除此之外无任何其他衍射峰，说明所制备的AlN和ZnO薄膜均具有（110）择优取向，表明成功制备出ZnO(110)/AlN(110)/Si多层结构薄膜材料。
综上所述，本发明的一种ZnO/AlN/Si多层结构薄膜及制备方法与应用，本发明采用传统的磁控溅射工艺在半导体兼容性好的Si衬底上首先生长具有c轴择优取向的AlN薄膜（即AlN（110）薄膜），然后通过AlN（110）薄膜晶面与ZnO（110）薄膜晶面较低的晶格适配度（小于5%），在AlN（110）薄膜上生长具有c轴择优取向的ZnO薄膜（即ZnO(110)薄膜），最终形成ZnO(110)/AlN(110)/Si多层结构薄膜。本发明制备方法设备简单，工艺简单，成本低廉，可以大面积生长ZnO(110)/AlN(110)/Si多层薄膜，为Love-SAW传感器提供新型的压电薄膜材料，具有广阔的应用前景。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种ZnO/AlN/Si多层结构薄膜，其特征在于，包括Si衬底，及Si衬底上依次叠层的具有c轴择优取向的AlN薄膜和ZnO薄膜；
ZnO薄膜和AlN薄膜在a轴的方向上的晶格适配度小于5％；
所述的ZnO/AlN/Si多层结构薄膜通过如下制备方法制备得到，包括步骤：采用反应磁控溅射方法在Si衬底上依次沉积具有c轴择优取向的AlN薄膜和ZnO薄膜，得到ZnO/AlN/Si多层结构薄膜；
所述的方法，具体包括步骤：将Si衬底置于磁控溅射真空室内，采用反应磁控溅射Al靶材，在Si衬底上沉积得到具有c轴择优取向的AlN薄膜，然后采用反应磁控溅射Zn靶材，在AlN薄膜上沉积得到具有c轴择优取向的ZnO薄膜；
Si衬底上沉积具有c轴择优取向的AlN薄膜的工艺为：工作压强为0.1-1.5Pa，氮气和氩气流量之比为0.2-1，气体流量为20-80sccm，溅射功率为80-180W，Si衬底温度为25-600℃，沉积时间为30-120min，Si衬底负偏压为80-150V；
在AlN薄膜上沉积具有c轴择优取向的ZnO薄膜的工艺为：工作压强为0.1-1Pa，氧气和氩气流量之比0.1-1，气体流量为20-80sccm，溅射功率为80-180W，Si衬底温度为25-300℃，沉积时间为10-120min。
2.根据权利要求1所述的ZnO/AlN/Si多层结构薄膜，其特征在于，Si衬底上沉积具有c轴择优取向的AlN薄膜的工艺为：工作压强为1.2Pa，氮气和氩气流量之比为0.6，气体流量为40sccm，溅射功率为80W，Si衬底温度为250℃，沉积时间为30min，Si衬底负偏压为100V。
3.根据权利要求1所述的ZnO/AlN/Si多层结构薄膜，其特征在于，在AlN薄膜上沉积具有c轴择优取向的ZnO薄膜的工艺为：工作压强为0.3Pa，氧气和氩气流量之比0.6，气体流量为40sccm，溅射功率为100W，Si衬底温度为200℃，沉积时间为30min。
4.根据权利要求1所述的ZnO/AlN/Si多层结构薄膜，其特征在于，沉积AlN薄膜和ZnO薄膜之前，还包括步骤：对Si衬底进行预处理；所述预处理的步骤为：将Si衬底分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗5-15min，再用氮气枪吹干。
5.根据权利要求1所述的ZnO/AlN/Si多层结构薄膜，其特征在于，采用反应磁控溅射Al靶材，在Si衬底上沉积AlN薄膜之前，还包括步骤：对Si衬底进行预溅射Al靶材。
6.一种如权利要求1所述的ZnO/AlN/Si多层结构薄膜的应用，其特征在于，用作声表面波传感器的压电薄膜材料。
CN201710493812.8A 2017-06-26 2017-06-26 ZnO/AlN/Si多层结构薄膜及制备方法与应用 Active CN107385394B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710493812.8A CN107385394B (zh) 2017-06-26 2017-06-26 ZnO/AlN/Si多层结构薄膜及制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710493812.8A CN107385394B (zh) 2017-06-26 2017-06-26 ZnO/AlN/Si多层结构薄膜及制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107385394A CN107385394A (zh) 2017-11-24
CN107385394B true CN107385394B (zh) 2019-06-25

Family

ID=60332156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710493812.8A Active CN107385394B (zh) 2017-06-26 2017-06-26 ZnO/AlN/Si多层结构薄膜及制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107385394B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110208370B (zh) * 2019-06-19 2020-12-29 西南交通大学 声表面波传感器的制备方法、所制备的传感器及其应用
CN110243930B (zh) * 2019-06-19 2021-01-22 西南交通大学 一种声表面波甲醛气体传感器
CN114481026A (zh) * 2022-01-21 2022-05-13 深圳大学 择优取向的氮化铝薄膜的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4567393A (en) * 1983-06-14 1986-01-28 Clarion Co., Ltd. Surface acoustic wave device having AlN and ZnO layers on a Si substrate
CN101388346A (zh) * 2007-09-12 2009-03-18 中国科学院半导体研究所 在Si衬底上生长ZnO薄膜的方法
CN103014654A (zh) * 2012-12-27 2013-04-03 沈阳工程学院 一种AlN/ZnO/InGaN/金刚石/Si多层结构声表面波滤波器件的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4567393A (en) * 1983-06-14 1986-01-28 Clarion Co., Ltd. Surface acoustic wave device having AlN and ZnO layers on a Si substrate
CN101388346A (zh) * 2007-09-12 2009-03-18 中国科学院半导体研究所 在Si衬底上生长ZnO薄膜的方法
CN103014654A (zh) * 2012-12-27 2013-04-03 沈阳工程学院 一种AlN/ZnO/InGaN/金刚石/Si多层结构声表面波滤波器件的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于声表面波器件的ZnO/Al/AlN/Si基片制备研究;张倩;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20131215(第S2期);第4页、第8页、第21-22页和第28-29页

Also Published As

Publication number Publication date
CN107385394A (zh) 2017-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fei et al. AlN piezoelectric thin films for energy harvesting and acoustic devices
CN107385394B (zh) ZnO/AlN/Si多层结构薄膜及制备方法与应用
Molarius et al. Piezoelectric ZnO films by rf sputtering
EP1672091B1 (en) Laminate containing wurtzrite crystal layer, and method for production thereof
CN105703732A (zh) 一种基于单晶AlN的薄膜体声波谐振器制备方法
CN104805405B (zh) 一种氮化铝压电薄膜及其制备方法
CN108493325A (zh) 一种高频高性能声表面波器件及其制备方法
CN101286545B (zh) 具有磁电效应的复合薄膜异质结及其制备方法
CN103014654B (zh) 一种AlN/ZnO/InGaN/金刚石/Si多层结构声表面波滤波器件的制备方法
Jackson Influence of silicon crystal orientation on piezoelectric textured aluminium nitride deposited on metal electrodes
CN204408291U (zh) 一种复合基底的声表面波器件
Ge et al. Characterization of Er-doped AlN films prepared by RF magnetron sputtering
CN111593332B (zh) 柔性玻璃上溅射沉积压电薄膜的方法
US8671531B2 (en) Manufacturing method for a zinc oxide piezoelectric thin-film with high C-axis orientation
CN108111142A (zh) 一种基于碳化硅衬底/氧化锌或掺杂氧化锌薄膜的声表面波器件及其制备方法
Elmazria et al. Effect of diamond nucleation process on propagation losses of AlN/diamond SAW filter
Garcia-Gancedo et al. Ultrafast sputtered ZnO thin films with high k T for acoustic wave device applications
Chen et al. Growth and characterization of c-axis titled ZnO thin film by radio frequency magnetron sputtering
WO2022053038A1 (zh) AlN单晶薄膜生长方法及具有该薄膜的声表面波谐振器
CN103014653B (zh) AlN/GAZO/自支撑金刚石膜结构的声表面波滤波器件的制备方法
CN106498352A (zh) 基于石英衬底的掺杂钇铁石榴石薄膜脉冲激光沉积方法
Lin et al. Growth of highly c-axis oriented AlN films on 3C–SiC/Si substrate
CN105132875A (zh) 一种扩散法制备高浓度梯度azo单晶导电薄膜的方法
CN112564657A (zh) 一种任意衬底上单晶AlN薄膜体声波谐振器及其制备方法
Liu et al. RF reactive sputtering AlN thin film at room temperature for CMOS-compatible MEMS application

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211201

Address after: 518000 1403, building A1, building A1, Guangming Science Park, China Merchants Group, sightseeing Road, Fenghuang community, Fenghuang street, Guangming District, Shenzhen, Guangdong

Patentee after: Huiyuen Technology (Shenzhen) Co.,Ltd.

Address before: 518060 No. 3688 Nanhai Road, Shenzhen, Guangdong, Nanshan District

Patentee before: SHENZHEN University

TR01 Transfer of patent right