CN112366273A - 一种柔性衬底上具有线性可调压电特性的ZnO薄膜电激发器制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性衬底上具有线性可调压电特性的ZnO薄膜电激发器制备方法，制备方法包括(1)以镍合金基带为衬底，选用或不选用特定织构化缓冲层；(2)在缓冲层上制备或不制备底电极薄膜；(3)进一步在缓冲层或底电极薄膜上外延生长未掺杂ZnO压电薄膜；(4)最后在ZnO薄膜上制备顶电极薄膜。得到的柔性ZnO薄膜电激发器：1.压电ZnO薄膜面外晶体取向为ZnO，具有极性；2.薄膜电激发器压电响应曲线为线性曲线，无电滞回线特性；3.薄膜电激发器纵向压电系数可调，数值范围为1‑50pm/V。

Description

一种柔性衬底上具有线性可调压电特性的ZnO薄膜电激发器 制备方法

技术领域

本发明属于柔性功能器件领域，尤其涉及一种柔性衬底上具有线性可调压电特性的ZnO薄膜电激发器制备方法。

背景技术

柔性微纳电激发器是微纳机电系统和智能可穿戴设备的重要组成部分，由压电材料及配件构成，可将输入电场信号转换为输出机械位移。压电材料是机械偏移和电信号偏移之间转换的桥梁，其性能提升对微纳机电系统和智能可穿戴设备的发展至关重要。上一代压电材料主要是锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)，但该材料含铅，存在环境问题。近年来开发的无铅压电材料，包括了六方晶系半导体氧化锌、钙钛矿结构材料钛酸钡、有机材料聚偏氟乙烯(PVDF)等。其中，非铁电性的氧化锌材料拥有线性压电响应，特别适合精准量化输出机械位移或电信号偏移。此外，氧化锌材料常应用于蓝光紫外发光二极管、透明晶体管、太阳能电池和大功率电器件等半导体器件中，因而适合于制备多功能器件如压电晶体管等。但是，相对于PZT、钛酸钡或PVDF，氧化锌的压电系数与压电响应较低，限制了其应用范围。

掺杂技术可有效提高氧化锌材料的压电响应。如专利CN201010597243.X中描述的高压电响应氧化锌柔性压力传感器中，采用了掺杂钒或铁元素的氧化锌材料。如专利CN201910341785.1中采用钇掺杂氧化锌纳米片，制备了柔性压电应力传感器。其原理在于，掺杂元素原子在氧化锌中形成了可改变的自发极化，改善了材料整体的介电特性，进而提高了其压电响应。然而，可改变的自发极化又破坏线性压电特性，引入了有铁电滞后的压电特性。由于铁电性的掺杂氧化锌材料的压电系数依然低于传统铁电材料如PZT、钛酸钡、PVDF等，其应用价值大大降低。

材料的应力调控技术今年来备受关注，其在半导体技术领域中可改变材料的禁带宽度、光学、电学特性等。目前，通过研究氧化锌材料的结构，发现氧化锌晶体中非c轴的Zn-O键的旋转在极化过程中起到了比c轴Zn-O键伸缩更重要的作用。而不同强度应力的引入，理论上能够导致c轴Zn-O键的自发伸缩与非c轴的Zn-O键的自发旋转，从而改变氧化锌材料的自发极化强弱。虽然ZnO薄膜的外延应力在理论上有希望调节其压电系数，却未在实验中证明。此外，柔性器件允许卷对卷大规模工业化生产，近年来取得了迅速发展，目前已涵盖了医疗诊断用的电子皮肤、可穿戴功能设备、柔性显示、柔性太阳能电池、可植入微器件等新兴应用情景。已有的柔性器件大多基于高分子和柔性玻璃衬底，其制备与应用场合均受限于衬底材料较低的熔点、燃点或玻璃化转变温度，且衬底很少能提供外延结构基础，因而无从调控ZnO薄膜的外延应力。

本发明基于上述研究背景，采用具有外延缓冲层的柔性哈氏合金为衬底，实现了柔性氧化锌薄膜的应力调节，并在实验上成功证实了薄膜应力可调控氧化锌薄膜的线性压电系数。本发明中制备的线性可调压电特性ZnO薄膜电激发器特别适合纳米、皮米精度的定位器，有助于我国高精度机械加工、高准度给药、高分辨率原子操控等技术的进步。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性衬底上具有线性可调压电特性ZnO薄膜电激发器及其制备方法，其所用ZnO薄膜电具有优良的结晶性、可调节的薄膜应力、可调节的压电系数以及线性的压电响应，以解决现有技术存在的问题。

一种柔性衬底上具有线性可调压电特性的ZnO薄膜电激发器及其制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

(1)以镍合金基带为衬底，选用或不选用特定织构化缓冲层；

(2)在缓冲层上制备或不制备底电极薄膜；

(3)进一步在缓冲层或底电极薄膜上外延生长未掺杂ZnO压电薄膜；

(4)在ZnO薄膜上制备顶电极薄膜。

镍合金基带，是柔性、耐高温(可耐800℃高温)且表面粗糙度Rq低于1nm的基片带子。织构化缓冲层，拥有立方晶系类单晶结构，已经制备在镍合金基带之上且是柔性的(可弯曲至弯曲半径小于等于0.5cm)，且与ZnO薄膜的晶格匹配不同，可用于调节ZnO压电薄膜应力。

优选的，步骤(1)所述镍合金基带包括哈氏合金和镍-钨合金。

优选的，步骤(1)所述所述制备方法，其特征在于，步骤(1)所述织构化缓冲层，目的是调节压电ZnO薄膜的面内晶体取向以及面内应力，且所述缓冲层材料的晶体结构是立方结构，包括简立方、面心立方、体心立方，常见如氧化镁、锰酸镧、氧化铈、氮化钛、钛酸锶、镍化硅或氧化镍。

优选的，步骤(1)所述制备方法，其特征在于，步骤(2)所述制备或不制备底电极薄膜，当步骤(1)所述缓冲层材料方块电阻小于100Ω时，可不制备额外的底电极薄膜；当步骤(1)所述缓冲层材料方块电阻高于100Ω时，需额外制备底电极薄膜。

优选的，步骤(1)所述制备方法，其特征在于，步骤(2)所述底电极薄膜材料为掺杂氧化锌材料，如铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、铟镓掺杂氧化锌；或导电性良好的立方晶体结构材料，如氮化钛、镍化硅、铜掺杂氧化镍。

优选的，步骤(1)所述制备方法，其特征在于，步骤(3)所述ZnO薄膜材料为未掺杂ZnO材料。

优选的，步骤(1)所述制备方法，其特征在于，步骤(3)所述ZnO薄膜材料的压电响应曲线为线性曲线，无电滞回线特性；且薄膜的纵向压电系数d₃₃可调，数值范围为1-50pm/V(或pC/N)。

优选的，步骤(1)所述制备方法，其特征在于，步骤(3)所述外延生长，采用方法为真空镀膜技术，包括磁控溅射、电子束蒸发、分子束外延；或化学镀膜技术，包括化学气相沉积、水热法、溶胶凝胶法。

优选的，步骤(1)所述制备方法，其特征在于，步骤(4)所述顶电极薄膜材料与步骤(2)中所述电极材料保持一致。

上述制备方法制备所得柔性衬底上具有线性可调压电特性的ZnO薄膜电激发器。

柔性衬底上具有线性可调压电特性的ZnO薄膜电激发器具有以下特点：1.压电ZnO薄膜面外晶体取向为ZnO[002]，具有极性；2.薄膜电激发器压电响应曲线为线性曲线，无电滞回线特性；3.薄膜电激发器纵向压电系数d₃₃可调，数值范围为1-50pm/V(或pC/N)。其中，采用氧化镁缓冲层得到的薄膜电激发器的纵向压电系数平均值为12.2pm/V，特殊情况下此样品其他区域测得压电系数为25pm/V；3.未掺杂ZnO压电薄膜的面内取向与应力可以通过缓冲层结构控制，从而调控d₃₃的数值。如未采用织构化缓冲层得到的无面内应力薄膜，其d₃₃数值为6.6pm/V。而采用氧化镁缓冲层得到的电激发器的压电系数比无面内应力薄膜提高了约85％；4.ZnO压电薄膜及其电极制备在柔性镍合金衬底上，适合卷对卷大规模工业化生产，其适用弯曲半径可低至0.5cm；4.压电ZnO薄膜与衬底耐高温，制备与应用时可耐800℃高温；5.压电氧化锌薄膜及其电极组成的器件尺寸为厘米级别，可通过或不通过切割、刻蚀制成更小的器件，可用作电激发器以及压力传感器。

与现有技术相比，本发明在耐高温柔性镍合金衬底上制备ZnO薄膜电激发器，采用外延缓冲层以及电极，利用缓冲层与ZnO薄膜之间的晶格不匹配，调节ZnO压电薄膜的应力，产生线性可调的压电响应，器件厚度满足柔性要求，得到的ZnO薄膜电激发器可将输入电场信号线性输出为机械位移，控制精度高，响应无延迟。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中公开ZnO薄膜电激发器的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上采用织构化氧化镁缓冲层所制备ZnO薄膜与铝掺杂氧化锌电极薄膜的高分辨率X射线衍射图谱；

图3是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上采用织构化氧化镁缓冲层所制备ZnO薄膜与铝掺杂氧化锌电极薄膜的{101}极图扫描；

图4是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上采用织构化氧化镁缓冲层所制备ZnO薄膜的扫描电子显微镜照片；

图5是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上采用织构化氧化镁缓冲层所制备ZnO薄膜电激发器的逆压电响应(a)高度图谱和(b)相位图谱；

图6是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上采用织构化氧化镁缓冲层所制备ZnO薄膜电激发器的逆压电响应位移曲线；

图7是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上采用织构化氧化镁缓冲层所制备ZnO薄膜电激发器的逆压电响应相位曲线；

图8是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上不采用缓冲层所制备ZnO薄膜与铝掺杂氧化锌电极薄膜的高分辨率X射线衍射图谱；

图9是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上不采用缓冲层所制备ZnO薄膜与铝掺杂氧化锌电极薄膜的{101}极图扫描；

图10是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上不采用缓冲层所制备ZnO薄膜的扫描电子显微镜照片；

图11是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上不采用缓冲层所制备ZnO薄膜电激发器的逆压电响应(a)高度图谱和(b)相位图谱；

图12是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上不采用缓冲层所制备ZnO薄膜电激发器的逆压电响应位移曲线；

图13是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上不采用缓冲层所制备ZnO薄膜电激发器的逆压电响应相位曲线；

图14是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上采用织构化氧化铈缓冲层所制备ZnO薄膜与铝掺杂氧化锌电极薄膜的高分辨率X射线衍射图谱；

图15是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上采用织构化氧化铈缓冲层所制备ZnO薄膜与铝掺杂氧化锌电极薄膜的{101}极图扫描；

图16是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上采用织构化氧化铈缓冲层所制备ZnO薄膜的扫描电子显微镜照片；

图17是本发明具体实施方式中公开的在柔性哈氏合金上采用织构化氧化镁缓冲层，但用氮化钛电极代替铝掺杂氧化锌电极所制备ZnO薄膜电激发器的高分辨率X射线衍射图谱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例1

一种柔性衬底上线性压电特性ZnO薄膜电激发器及其制备方法，如图1所示，采用柔性镍合金衬底(1)，选择织构化单晶氧化镁缓冲层(2)，采用磁控溅射方法，按先后顺序制备底电极铝掺杂氧化锌薄膜(3)、压电ZnO薄膜(4)以及顶电极铝掺杂氧化锌薄膜(5)。由此构成的电激发器在加载输入电压(6)时，产生线性输出机械位移(7)。薄膜厚度满足柔性要求如照片(8)所示。

具体实施步骤为：

1.选取氧化镁材料为缓冲层材料(2)，将清洁的带有织构化氧化镁缓冲层的柔性镍合金衬底(1及2)置于真空室样品架上，并将铝掺杂氧化锌靶材与氧化锌靶材置入磁控溅射靶枪上，抽真空至1E-5Pa以下。

2.通过加热器给衬底加热至目标温度400℃，并维持一段时间使温度稳定。给真空室通入氩气30sccm，调节真空室内压强至0.58Pa，打开安装有铝掺杂氧化锌靶材的射频磁控溅射电源至80W，在衬底上镀膜铝掺杂氧化锌约30min，得到厚度约80nm的底电极(3)。

3.切换通入气体为氩气29sccm以及氧气1sccm，调节真空室内压强至0.58Pa，打开安装有ZnO靶材的射频磁控溅射电源至120W，在衬底上镀膜氧化锌约40min，得到厚度约120nm的压电ZnO薄膜(4)。

4.切换通入气体为氩气30sccm，调节真空室内压强至0.58Pa，打开安装有铝掺杂氧化锌靶材的射频磁控溅射电源至80W，在衬底上镀膜铝掺杂氧化锌约30min，得到厚度约80nm的顶电极(5)。

5.按顺序关闭溅射电源、气体、加热电源，对真空室放气，取出样品，干燥保存。

6.通过Bruker D8 ADVANCE型HRXRD对样品以及衬底做2θ-ω扫描，其结果如图2所示。在拥有MgO[002]取向的缓冲层上，所得压电ZnO薄膜面外晶体取向为ZnO[002]/[004]，具有电极性。压电ZnO薄膜的ZnO 002结晶峰高约为2×10⁵，显示出优良的结晶性。

采用霍尔测试仪测得铝掺杂氧化锌电极薄膜常温下电阻率约为6.5E-5Ω·cm。

通过Bruker D8 ADVANCE型HRXRD对样品做ZnO{101}极图扫描，其结果如图3所示。结果表明压电ZnO薄膜的{101}极图兼有四重对称性与六重对称性，说明薄膜在立方晶系氧化镁衬底上获得了外延生长，并继承了四重对称性。实际上，薄膜由两组具有六重对称性的晶粒构成，且面内晶轴相互间夹角为90°。通过2θ-ω扫描与极图扫描求得ZnO晶格常数a为0.3247nm，相对于无应力氧化锌材料的晶格常数a值0.3253nm，薄膜面内应力呈现为压应力。

通过Gemini FE-SEM表征了压电ZnO薄膜的表面形貌，如图4所示。结果显示ZnO薄膜平整光滑，晶粒晶面明显，结晶性好。其晶粒尺寸为50-120nm。

通过Bruker Dimension Icon型AFM测试了ZnO薄膜电激发器的逆压电响应图谱，如图5所示，包括高度图谱(图5(a))和相位图谱(图5(b))。所得电激发器显示出均匀一致的压电响应，无反向(180°)压电畴。其中，高度图谱中，在5V交流电源信号下，电激发器的最高响应高度约为125pm，平均响应高度约为61pm，其压电系数约为12.2pm/V。

通过Bruker Dimension Icon型AFM测试了ZnO薄膜电激发器的逆压电响应曲线，高度曲线如图6所示，相位曲线如图7所示。在扫描电压±12V范围内，所得电激发器的逆压电响应具有优良的位移-电压线性关系，无电滞回线特性，突出了本发明的特点。图7所示相位图谱中，当电压反向时，电激发器输出位移获得了响应迅速的反偏，从而有利于电激发器输出目标位移。

此外，本实施例的电激发器制备在耐高温柔性衬底上，适合卷对卷大规模工业化生产，其适用弯曲半径可低至0.5cm；

本实施例的电激发器与衬底耐高温，制备与应用时可耐800摄氏度高温；

本实施例的薄膜电激发器面内尺寸为厘米级别，可通过或不通过切割、刻蚀制成微米或纳米级的器件。

本实施例与其他实施例对比，当采用不同的缓冲层材料时，电激发器的压电响应与压电系数均可调。

实施例2

一种柔性衬底上线性压电特性ZnO薄膜电激发器及其制备方法，不采用缓冲层，直接制备在哈氏合金衬底上。主要包括以下步骤：

1.将清洁的无缓冲层的柔性镍合金衬底置于真空室样品架上，并将铝掺杂氧化锌靶材与氧化锌靶材置入磁控溅射靶枪上，抽真空至1E-5Pa以下。

2.通过加热器给衬底加热至目标温度400℃，并维持一段时间使温度稳定。给真空室通入氩气30sccm，调节真空室内压强至0.58Pa，打开安装有铝掺杂氧化锌靶材的射频磁控溅射电源至80W，在衬底上镀膜铝掺杂氧化锌约30min，得到厚度约80nm的底电极。

3.切换通入气体为氩气29sccm以及氧气1sccm，调节真空室内压强至0.58Pa，打开安装有ZnO靶材的射频磁控溅射电源至120W，在衬底上镀膜氧化锌约40min，得到厚度约120nm的压电ZnO薄膜。

4.切换通入气体为氩气30sccm，调节真空室内压强至0.58Pa，打开安装有铝掺杂氧化锌靶材的射频磁控溅射电源至80W，在衬底上镀膜铝掺杂氧化锌约30min，得到厚度约80nm的顶电极。

5.按顺序关闭溅射电源、气体、加热电源，对真空室放气，取出样品，干燥保存。

6.通过Bruker D8 ADVANCE型HRXRD对样品做2θ-ω扫描，其结果如图8所示。哈氏合金衬底为多晶结构，显示出多个结晶峰；然而所得压电ZnO薄膜拥有择优面外晶体取向，为ZnO[002]/[004]，具有电极性与良好的结晶性。

通过Bruker D8 ADVANCE型HRXRD对样品做ZnO{101}极图扫描，其结果如图9所示。结果表明，不采用织构化缓冲层时，压电ZnO薄膜的{101}极图无对称性，在面内呈现纤维织构，与衬底无外延关系。通过2θ-ω扫描与极图扫描求得ZnO晶格常数a为0.3253nm，相对于无应力氧化锌材料的晶格常数a值0.3253nm，薄膜无面内应力。

通过Gemini FE-SEM表征了压电ZnO薄膜的表面形貌，如图10所示。结果显示ZnO薄膜平整光滑，晶粒晶面明显，结晶性好。相比实施例1中的外延薄膜，不采用缓冲层时，所得非外延ZnO薄膜的晶粒尺寸较小，为20-50nm。

通过Bruker Dimension Icon型AFM测试了ZnO薄膜电激发器的逆压电响应图谱，如图11所示，包括高度图谱(图11(a))和相位图谱(图11(b))。所得电激发器显示出均匀一致的压电响应，有约16％的反向(180°)压电畴。其中，高度图谱中，在5V交流电源信号下，电激发器的最高响应高度约为80pm，平均响应高度约为33pm，其压电系数约为6.6pm/V。

通过Bruker Dimension Icon型AFM测试了ZnO薄膜电激发器的逆压电响应曲线，高度曲线如图12所示，相位曲线如图13所示。在扫描电压±12V范围内，所得电激发器的逆压电响应具有优良的位移-电压线性关系，突出了本发明的目标。图13所示相位图谱中，当电压反向时，电激发器输出位移获得了响应迅速的反偏，从而有利于电激发器输出目标位移。将实施例1与本实施例相比，实施例1中氧化锌薄膜具有压应力，所得压电系数提高了约85％。由此，本发明证实，薄膜应力可调节氧化锌薄膜的压电系数，且压电响应仍为线性。

实施例3

一种柔性衬底上线性压电特性ZnO薄膜电激发器及其制备方法，采用氧化铈缓冲层，主要包括以下步骤：

1.将清洁的带有织构化氧化铈缓冲层的柔性镍合金衬底置于真空室样品架上，并将铝掺杂氧化锌靶材与氧化锌靶材置入磁控溅射靶枪上，抽真空至1E-5Pa以下。

2.通过加热器给衬底加热至目标温度400℃，并维持一段时间使温度稳定。给真空室通入氩气30sccm，调节真空室内压强至0.58Pa，打开安装有铝掺杂氧化锌靶材的射频磁控溅射电源至80W，在衬底上镀膜铝掺杂氧化锌约30min，得到厚度约80nm的底电极。

3.切换通入气体为氩气29sccm以及氧气1sccm，调节真空室内压强至0.58Pa，打开安装有ZnO靶材的射频磁控溅射电源至120W，在衬底上镀膜氧化锌约40min，得到厚度约120nm的压电ZnO薄膜。

4.切换通入气体为氩气30sccm，调节真空室内压强至0.58Pa，打开安装有铝掺杂氧化锌靶材的射频磁控溅射电源至80W，在衬底上镀膜铝掺杂氧化锌约30min，得到厚度约80nm的顶电极。

5.按顺序关闭溅射电源、气体、加热电源，对真空室放气，取出样品，干燥保存。

6.通过Bruker D8 ADVANCE型HRXRD对样品以及衬底做2θ-ω扫描，其结果如图14所示。在拥有CeO2[002]/[004]取向的缓冲层上，所得压电ZnO薄膜面外晶体取向为ZnO[002]/[004]，具有电极性与优良的结晶性。

通过Bruker D8 ADVANCE型HRXRD对样品做ZnO{101}极图扫描，其结果如图15所示。结果表明，采用氧化铈织构化缓冲层时，压电ZnO薄膜的{101}极图拥有与实施例1中采用氧化镁织构化缓冲层类似的对称性，即四重与六重对称性，证明了ZnO在氧化铈缓冲层上的外延关系。然而，极图中显示的ZnO{101}结晶峰沿圆周方向的宽度与实施例1不同，其原因在于不同的晶格匹配度。通过2θ-ω扫描与极图扫描求得ZnO晶格常数a为0.3249nm，相对于无应力氧化锌材料的晶格常数a值0.3253nm，薄膜面内应力呈现为压应力。相对于实施例1中的0.3247nm，考虑到薄膜的弹性形变，薄膜面内应力约为实施例1中的67％。

通过Gemini FE-SEM表征了压电ZnO薄膜的表面形貌，如图16所示。结果显示ZnO薄膜平整光滑，晶粒晶面明显，结晶性好。相比实施例1中的薄膜，采用氧化铈缓冲层时，所得非外延ZnO薄膜的晶粒尺寸散布范围大，为20-150nm，且拥有不同形态的晶粒，其原因在于不同的晶格匹配度导致的不同薄膜内应力。

实施例4

一种柔性衬底上线性压电特性ZnO薄膜电激发器及其制备方法，采用氧化镁缓冲层，相对于实施例1，采用氮化钛代替铝掺杂氧化锌做底电极与顶电极，主要包括以下步骤：

1.将清洁的带有织构化氧化镁缓冲层的柔性镍合金衬底置于真空室样品架上，并将钛靶材与氧化锌靶材置入磁控溅射靶枪上，抽真空至1E-5Pa以下。

2.通过加热器给衬底加热至目标温度500℃，并维持一段时间使温度稳定。给真空室通入氩气24sccm，氮气6sccm，调节真空室内压强至0.58Pa，打开安装有钛靶材的射频磁控溅射电源至200W，在衬底上镀膜氮化钛薄膜约10min，得到厚度约80nm的底电极。

3.通过加热器给衬底加热至目标温度400℃，并维持一段时间使温度稳定。切换通入气体为氩气29sccm以及氧气1sccm，调节真空室内压强至0.58Pa，打开安装有ZnO靶材的射频磁控溅射电源至120W，在衬底上镀膜氧化锌约40min，得到厚度约120nm的压电ZnO薄膜。

4.通过加热器给衬底加热至目标温度500℃，并维持一段时间使温度稳定。给真空室通入氩气24sccm，氮气6sccm，调节真空室内压强至0.58Pa，打开安装有钛靶材的射频磁控溅射电源至200W，在衬底上镀膜氮化钛薄膜约10min，得到厚度约80nm的顶电极。

5.按顺序关闭溅射电源、气体、加热电源，对真空室放气，取出样品，干燥保存。

6.通过Bruker D8 ADVANCE型HRXRD对样品以及衬底做2θ-ω扫描，其结果如图17所示。在拥有MgO[002]取向的缓冲层上，所得氮化钛电极薄膜拥有TiN[002]取向，所得压电ZnO薄膜面外晶体取向为ZnO[002]/[004]，具有电极性与优良的结晶性。采用霍尔测试仪测得氮化钛电极薄膜常温下电阻率约为2.7E-5Ω·cm，其导电性优于铝掺杂氧化锌电极。

Claims (9)

1.一种柔性衬底上具有线性可调压电特性的ZnO薄膜电激发器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以镍合金基带为衬底，构化缓冲层；

(2)检测缓冲层的材料得到构化缓冲层的材料的电阻数值；将缓冲层按得到的电阻数值小于100Ω和电阻数值不小于100Ω分类；

(3)选取在得到的电阻数值小于100Ω的缓冲层上制备底电极薄膜；电极薄膜上外延生长ZnO薄膜；

(4)在ZnO薄膜上制备顶电极薄膜。

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述镍合金基带包括哈氏合金和镍-钨合金。

3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述构化缓冲层的晶体结构包括包括简立方、面心立方、体心立方；

所述构化缓冲层的材料包括氧化镁、锰酸镧、氧化铈、氮化钛、钛酸锶、镍化硅及氧化镍中的一种或一种以上。

4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，在步骤(2)后，所述方法还包括：选取得到的电阻数值小于100Ω的缓冲层，在缓冲层上外延生长ZnO压薄膜，然后在ZnO薄膜上制备顶电极薄膜。

5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述底电极薄膜材料为掺杂氧化锌材料，所述杂氧化锌材料包括：铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、铟镓掺杂氧化锌；所述底电极薄膜材料还包括导电性良好的立方晶体结构材料，所述导电性良好的立方晶体结构材料包括：氮化钛、镍化硅。

6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述ZnO薄膜材料为未掺杂ZnO材料。

7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述ZnO薄膜材料的压电响应曲线为线性曲线，无电滞回线特性；所述薄膜的为纵向压电系数可调的薄膜，纵向压电系数数值调整范围为1-50pm/V(或pC/N)。

8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述外延生长，所述外延生长采用方法包括真空镀膜，所述真空镀膜包括：磁控溅射、电子束蒸发、分子束外延；所述外延生长采用方法还包括：化学镀膜，所述化学镀膜包括化学气相沉积、水热法、溶胶凝胶法。

9.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述顶电极薄膜材料所述底电极薄膜材料电极材料保持一致。

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