CN108447978A - 无机薄膜压电二极管及制作方法 - Google Patents
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Abstract
一直以来压电材料都是非常重要的材料，被广泛应用于各个领域。近年来，压电材料的研究已经从含铅的钙钛矿和钛铁矿型压电材料到无机薄膜制造的压电材料，压电传感器的使用已经吸引很多研究者的关注。本发明的目的是提供一种通过测量无机薄膜二极管工作电流电压的变化，实现压力测定的无机薄膜压电二极管传感器。无机薄膜压电二极管，其组成包括：石英玻璃衬底，在玻璃衬底上沉积一层Al薄膜层，所述的Al薄膜层上面的有导电沟道ZnO薄膜层，两者之间形成欧姆接触，所述的ZnO薄膜层上有Ag薄膜层，形成肖特基接触。其中Al薄膜层厚度为20nm，所述的导电沟道ZnO薄膜层厚度为120nm,所述的Ag薄膜层厚度为50nm。所述ZnO薄膜为无机压电敏感膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用无机薄膜制造新型的压电传感器。
背景技术
一直以来压电材料都是非常重要的材料，可以制成压电传感器，压电振荡器超声换能器等，被广泛应用于各个领域。近年来，压电材料的研究已经从含铅的钙钛矿和钛铁矿型压电材料到无机薄膜制造的压电材料。这种压电材料的成分和结构相对安全无毒，结构简单，性质稳定，成本低廉。且材料制备和器件制作工艺与目前广泛应用的半导体平面工艺相兼容。无机薄膜制造的压电材料主要是是利用无机薄膜本身的压电性能，通过施加压力使其压电性能显现，进而广泛应用于各类无铅压电的应用领域，拓宽其应用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过测量无机薄膜压电二极管的工作电流电压的变化，实现压力测定的无机薄膜压电二极管传感器。
上述的目的通过以下的技术法案实现：
无机薄膜压电二极管，其组成包括：石英玻璃衬底，所述的石英玻璃衬底上连接AL薄膜层，所述的Al薄膜层上连接导电沟道ZnO薄膜层，两者之间形成非整流的欧姆接触，所述的ZnO薄膜层上连接Ag薄膜层，两者之间形成肖特基接触。
所述的无机薄膜压电二极管，所述的Al薄膜层厚度为20nm，所述的导电沟道ZnO薄膜层厚度为120nm,所述的Ag薄膜层厚度为50nm。
一种无机薄膜压电二极管的制造方法，本制造方法采用垂直结构，由三层薄膜构成，分别为沉积在石英玻璃衬底上的Al薄膜层，Al薄膜层上面的是导电沟道ZnO薄膜层，以及ZnO薄膜层上面的Ag薄膜层，两者之间形成肖特基接触。
所述无机薄膜压电二极管的制造方法，首先在石英玻璃衬底上，采用直流磁控溅射制备Al薄膜，在真空压强为6.0×10-4Pa时，拧开氩气阀向磁控室充入氩气(Ar)，氩气流量为5.0sccm，调节直流磁控溅射电流电压，使得Al靶辉光，镀膜时间为15s。其次，用射频磁控溅射技术制备ZnO 薄膜有源层，衬底石英玻璃温度为350℃，镀膜时间为60min。关闭氩气阀门，用分子泵把磁控室氩气抽真空，再充入O2气，使得n-ZnO薄膜处于O2的气氛中，沉底石英玻璃慢速退火温度到室温。最后，采用同样的直流磁控溅射技术制作 Ag 薄膜，在真空压强为6.0×10-4Pa时，拧开氩气阀向磁控室充入氩气(Ar)，氩气流量5.0sccm，调节直流磁控溅射电流电压，使得Ag靶辉光，镀膜时间为15s。
所述的无机薄膜压电二极管在特定的压力的测定当面的应用。
有益效果：
1. 本发明是以Al薄膜与ZnO薄膜形成非整流的欧姆接触，并且ZnO薄膜与Ag薄膜形成具有整流效应的肖特基接触，得到具有短导电沟道的垂直结构氧化锌薄膜压电二极管。具有低功耗，响应速度快，灵敏度高等特点。
2. 本发明为无机薄膜压电二极管，利用无机薄膜的压电特性，使用代表性无机材料氧化锌，氧化锌薄膜受到压力，导带发生倾斜，导致氧化锌薄膜的导电率发生变化，从而使肖特基薄膜氧化锌二极管的正向整流电流增加。当压力去掉时，又恢复到不带电的状态。通过测量氧化锌压电二极管工作电流的变化，实现一定的压力的测量。
3.本发明采用的ZnO薄膜是一种安全无毒，生物相容性好且廉价易得的半导体材料，同时具有优良的压电特性，广泛应用于压电器件，传感器，振荡器等有源或无源器件。利用ZnO压电薄膜，制作压电传感器大大提高了其性能。
4.本发明施加压力前后的工作特性测试：在室温大气条件下，测试的无机薄膜压电二极管的电流-电压特性曲线，其中银作为阳极电极，加正电压。铝作为阴极电极，加负电极。施加压力后，肖特基二极管的I-V特性有明显上升的趋势，证明器件对压力有高的敏感度。施加压力前，当正向电压V=3V时，其电流值I=4.44127µA；而施加50g压力后，I=12.3565µA，电流放大约放大2.8倍；我们发现，随着压力的增加，电流越来越大，在压力施加400g，电压V=3V时，其电流值I=343.5143µA，此时的电流放大倍数约为77.3。再看其反向特性，当V=-3V时，在空气中的电流值I=-0.1424µA；而在施加压力，其电流I=-7.2510µA，可以看出，其电流值也反向放大，放大倍数约为50。
附图说明：
附图1是无机薄膜压电二极管的结构示意图。
附图2是施加不同压力的无机薄膜压电二极管的I-V曲线图。
附图3是ZnO/Ag肖特基势垒施加压力前后的能带变化图。
本发明具体实施方式：
实施例1:
无机薄膜压电二极管，其组成包括：石英玻璃衬底，所述的石英玻璃衬底上连接AL薄膜层，所述的Al薄膜层上连接导电沟道ZnO薄膜层，两者之间形成非整流的欧姆接触，所述的ZnO薄膜层上连接Ag薄膜层，两者之间形成肖特基接触。
所述的无机薄膜压电二极管，所述的Al薄膜层厚度为20nm，所述的导电沟道ZnO薄膜层厚度为120nm，所述的Ag薄膜层厚度为50nm。
实施例2：
一种无机薄膜压电二极管的制造方法，本制造方法采用垂直结构，由三层薄膜构成，分别为沉积在石英玻璃衬底上的Al薄膜层，Al薄膜层上面的是导电沟道ZnO薄膜层，以及ZnO薄膜层上面的Ag薄膜层，两者之间形成肖特基接触。
所述无机薄膜压电二极管的制造方法，首先在石英玻璃衬底上，采用直流磁控溅射制备Al薄膜，在真空压强为6.0×10-4Pa时，拧开氩气阀向磁控室充入氩气(Ar)，氩气流量为5.0sccm，调节直流磁控溅射电流电压，使得Al靶辉光，镀膜时间为15s。其次，用射频磁控溅射技术制备ZnO 薄膜有源层，衬底石英玻璃温度为350℃，镀膜时间为60min。关闭氩气阀门，用分子泵把磁控室氩气抽真空，再充入O2气，使得n-ZnO薄膜处于O2的气氛中，沉底石英玻璃慢速退火温度到室温。最后，采用同样的直流磁控溅射技术制作 Ag 薄膜，在真空压强为6.0×10-4Pa时，拧开氩气阀向磁控室充入氩气(Ar)，氩气流量5.0sccm，调节直流磁控溅射电流电压，使得Ag靶辉光，镀膜时间为15s，所制得的器件有效面积为0.04cm2。
实施例3：
所述的无机薄膜压电二极管在特定的压力的测定当面的应用，利用无机薄膜的压电特性，使用代表性无机材料氧化锌，施加一定的压力于氧化锌压电二极管表面，其内部导带就会发生倾斜现象，使得氧化锌薄膜的导电率发生变化，导致肖特基接触氧化锌薄膜二极管的整流电流发生变化。当压力去掉时，氧化锌薄膜的导带恢复到原来的状态。通过测量氧化锌压电二极管工作电流的变化，实现一定的压力的测量。
Claims (2)
1.一种无机薄膜压电二极管，其组成包括：石英玻璃衬底，所述的石英玻璃衬底上连接AL薄膜层，所述的Al薄膜层上连接导电沟道ZnO薄膜层，两者之间形成非整流的欧姆接触，所述的ZnO薄膜层上连接Ag薄膜层，两者之间形成肖特基接触，所述的Al薄膜层厚度为20nm，所述的导电沟道ZnO薄膜层厚度为120nm,所述的Ag薄膜层厚度为50nm。
2.根据权利要求1所述的无机薄膜压电二极管传感器在一定压力的测定方面的应用，其特征是：利用无机薄膜的压电特性，使用代表性无机材料氧化锌，氧化锌薄膜受到压力，导带发生倾斜，导致氧化锌薄膜的导电率发生变化，从而使肖特基薄膜氧化锌二极管的正向整流电流增加，当压力去掉时，氧化锌薄膜导带又恢复到原来的状态，通过测量氧化锌压电二极管工作电流的变化，实现一定的压力的测量。
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