学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

金刚石衬底上ZnO薄膜的MOCVD生长及SAW器件的初步研究

作　者: 杨洪军
导　师: 杜国同
学　校: 吉林大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 金属有机化合物气相沉积氧化锌薄膜材料，表面声波滤波器
分类号: TN304.05
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 200次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

ZnO 材料是一种宽禁带的多功能半导体光电材料，在许多领域都具有广泛的用途。例如，可用于制作紫外发光管和激光器、紫外探测器、高频表面声波器件、透明导电电极和声光换能器等，所以一直倍受研究人员的关注。特别是 1996 年， ZnO 薄膜室温光泵浦紫外激射的获得，又掀起了研究 ZnO材料尤其是 ZnO 薄膜的热潮。随后 ZnO 薄膜材料的研究工作不断取得进展。许多研究小组先后报道了 P 型材料的制备，氧化锌 PN 结和发光管的实现，以及 ZnO 的多元合金材料研究，低损、高频 ZnO 基表面声波滤波器的应用等。本论文以 MOCVD 制备方法为基础，系统的研究了 ZnO 多层薄膜结构的生长特性，分析了这些结构的突出特点，并有针对性的制备了高频声表面波滤波器件，获得了较好的结果。本文系统地阐述了ZnO在结构、压电方面的特性；研究了以ZnO为基础的声表面波器件的基本特性，指出了高阻和平整的表面结构是制备声表面波器件的基本条件；分析了适合制备高频、低损声表面波器件所需的衬底材料；针对多层结构分析了器件的频率和温度特性；介绍了适合制备高质量ZnO 薄膜的新型等离子增强MOCVD 系统。该系统有许多创新之处，如利用DEZn和O2为源，采用分开通气方法，通过面向衬底座的喷枪通源；采用均匀结构电阻式加热器；采用无极变速高速旋转的衬底座；利用辅气路均匀下压气流抑制热上升气流等。该系能有效抑制预反应问题；解决了薄膜的生长均匀性问题；可利用等离子体发生装置对薄膜进行有效掺杂；适合制备高阻或P型ZnO 薄膜。首次使用MOCVD法在金刚石单晶衬底上生长了ZnO薄膜结构，使用气流两步法对生长进行了优化，X光衍射谱图表明薄膜具有单一的趋向性。表面分析表明慢速生长有利于籽晶的长大，PL谱分析和光吸收分析证实了样品具有较强的紫外发射峰，通过生长的优化后内部的缺陷浓度得到了相应的减少。通过拉曼散射测试进一步证明生长的ZnO/Diamond薄膜具有一定的组群对称性。在 MOCVD 法生长中，通过生长温度和气流的调整，改善了 1<WP=59>吉林大学硕士学位论文ZnO/Diamond/Si结构的薄膜质量，使晶粒取向性得到了改善。通过表面扫描电镜的分析对样品的表面形貌进行了分析。PL光谱比较分析表明，低温生长的薄膜紫外发光质量很差，而高温生长的样品中存在不同强度的深能级发光峰。不同样品的光电子能谱对比表明通过优化，样品中与氧缺陷有关的峰逐渐减弱，对于最终的样品获得了较好的化学计量比。电学测试显示高温下的样品具有高阻和弱P型导电特性。使用ZnO/Diamond/Si结构制备了声表面波滤波器件，获得了高阶模滤波频率0.8GHz的高频SAW滤波器。分析了不同波长和膜厚的器件对频率特性的影响，通过理论和实验分析表明，使用金刚石衬底后，表面波传播波速得到提高，滤波器的中心频率从600M上升到870M左右，分析表明在使用精细的光刻技术后，使用金刚石衬底有利于制备频率超过GHz的高频表面声波器件。 2

全文目录

第一章前言  5-11
  1.1 ZnO 薄膜材料的制备进程  6-7
  1.2 ZnO 薄膜材料应用  7-9
  1.3 研究动机与主要工作  9-11
第二章 ZnO 压电特性和生长技术  11-27
  2.1 压电效应  12
  2.2 表面声波  12-14
  2.3 压电材料  14-16
  2.4 ZnO 基表面声波器件  16-17
  2.5 衬底选择  17-18
  2.6 器件结构特性  18-21
  2.7 ZnO 薄膜生长  21-23
  2.8 用于 ZnO 生长的等离子增强 MOCVD 反应系统  23-27
第三章在金刚石单晶衬底上的声表面波用 ZnO 结构的 MOCVD 生长  27-37
  3.1 单晶金刚石材料特性  27-28
  3.2 ZnO 薄膜生长  28-29
  3.3 测试结果与讨论  29-37
第四章在多晶金刚石/硅衬底上的 ZnO 薄膜的外延生长  37-44
第五章 ZnO 基 SAWF 的初步制备  44-52
  5.1 声表面波滤波器件的设计  44-47
  5.2 器件制备步骤  47-49
  5.3 器件测试步骤  49-52
结论  52-54
参考文献  54-57
致谢  57-58
摘要  58-60
ABSTRACT  60-61

相似论文

气体传感用长波长大应变量子阱分布反馈激光器的研究,TN248
InAs/GaAs量子点生长及两段式半导体光放大器研制,O471.1
半导体微腔的设计与实现,TN302
非水溶剂中硅的电沉积实验研究,TN304.05
光罩管理系统的优化来降低Haze的影响,TN304.05
以硅烷为气源用ECR-PECVD制备多晶硅薄膜,TN304.05
碲纳米线制备及生长机制研究,TN304.05
半导体材料低温无磨料超光滑表面抛光分析的研究,TN304.05
p型铜铁矿结构透明氧化物半导体的制备与性能研究,TN304.05
表面金属化—共沉积法制备金刚石/铜基封装材料的研究,TN304.05
FED发光薄膜的制备及其性能研究,TN304.05
SiC/Si薄膜的CVD制备研究,TN304.05
GaN-MOCVD系统反应室的CFD模拟研究,TN304.05
氧化锌稀磁半导体制备与性能的研究,TN304.05
宽禁带半导体材料—ZnO、TiO_2和金刚石的制备及发光性能研究,TN304.05
热锗联产项目的经济分析,TN304.05
高频SAW滤波器的ZnO/金刚石多层膜制备及器件设计研究,TN304.05
多层膜声表面波器件LiNbO_3、h-BN薄膜的制备及分析,TN304.05
新型有机电致发光材料的合成及器件性能研究,TN304.05
适用于多层膜高频SAW器件的AlN薄膜制备与表征,TN304.05
硼掺杂钛基金刚石薄膜电极的制备研究,TN304.05