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用于FBAR的PZT薄膜制备研究

作　者: 陈海宾
导　师: 王德苗；董树荣
学　校: 浙江大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: FBAR PZT sol-Gel 压电薄膜 磁控溅射
分类号: TN304.05
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 102次
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内容摘要


具有钙钛矿结构的锆钛酸铅（PbZr1（x）TixO3,简称PZT）薄膜由于具有优良的铁电、热释电、电光、声光及非线性光学特性,在微电子等领域具有广泛的应用前景。在FBAR技术方面,PZT作为一种压电材料,由于其具有高压电耦合系数,高介电常数,使其在FBAR的带宽的改善,器件厚度及尺寸的减小等方面优势显著,特别对于低阻抗,大带宽的FBAR器件来说,PZT是优选材料。 本论文分别利用射频磁控溅射和Sol-Gel技术在不同衬底上制备出高质量的PZT薄膜,并用XRD和SEM等测试手段对沉积薄膜的结构性能进行了表征。 论文的主要工作及取得的研究成果在于: 1.采用射频磁控溅射成功制备高质量的PZT薄膜,实验中观察到,高质量PZT薄膜的获得与溅射气氛,衬底状况,以及适当的后续热处理温度,时间有着很大的关系。实验表明,全氩的溅射气氛更有利于PZT薄膜的制备;温度较低,且晶格常数同钙钛矿相相近的衬底有利于获得比较好的结晶情况;并且利用后续热处理工艺,可以提高Pb挥发的势垒,有利于生成钙钛矿结构的压电薄膜。最终,我们在工作气压1.0×10-1Pa,全Ar环境,采用快速升降温的办法650℃退火1.5h这种工艺条件下,于SiO2基底上成功的制出了良好c轴取向的PZT薄膜。 2.采用溶胶-凝胶（Sol-Gel）法分别于Pt/Ti/SiO2/Si和ITO玻璃衬底上成功制备了优质的PZT薄膜,并着重分析了PZT成分组成对薄膜结构性能的影响。实验表明,随着Zr的加入,PZT薄膜的晶格常数a变大,c/a向常数1靠近:晶体假立方相向四方相的相变是发生在Zr/Zr+Ti=45%～50%这一组成区域,在这一区域中表现为假立方相和四方相两相共存:通过对特定峰的半高宽研究我们发现,组成在Zr/Zr+Ti=45%～50%的范围内会存在某个配比值,此时的粒径最小:随着Zr含量的不断提高,PZT薄膜需要更高的结晶温度,否则很难得到纯的钙钛矿相,容易出现焦绿石相,并且Zr含量低于50%时,结晶方向是随机取向的,高于50%会出现择优取向,但当Zr含量大于65%时,择优取向变得不明显。最终我们成功的在ITO玻璃衬底上制备出了（110）择优取向的PZT薄膜,并

全文目录


摘要  2-6
目录  6-7
第一章 绪论  7-43
  1.1 薄膜体声波谐振器(FBAR)  7-16
    1.1.1 FBAR的结构及工作原理  9-10
    1.1.2 FBAR的技术相关及研究现状  10-16
  1.2 铁电体压电材料PZT  16-42
    1.2.1 压电的基本理论  16-21
    1.2.2 压电材料的发展与应用[49，50，51]  21-22
    1.2.3 PZT的基本理论  22-25
    1.2.4 PZT薄膜的制备方法  25-38
    1.2.5 PZT薄膜的结构和性能与薄膜制备条件的关系  38
    1.2.6 PZT薄膜的应用  38-42
  1.3 本课题的研究内容  42-43
第二章 射频磁控溅射法制备PZT薄膜  43-61
  2.1 实验仪器  43-45
  2.2 PZT薄膜的制备过程  45
  2.3 制备PZT薄膜的工艺条件  45-46
  2.4 PZT薄膜结构性能测试与分析  46-60
    2.4.1 溅射气氛对薄膜结晶性能的影响  46-53
    2.4.2 衬底薄膜结构的影响  53-56
    2.4.3 后续热处理工艺对薄膜结晶性能的影响  56-60
  2.5 射频磁控溅射法制备PZT薄膜小结  60-61
第三章 Sol-Gel法制备PZT薄膜  61-68
  3.1 不同锆钛比PZT薄膜的制备及结构分析  61-65
    3.1.1 溶胶的配制  61-62
    3.1.2 匀胶，烘烤，形成非晶薄膜  62
    3.1.3 PZT非晶膜的高温退火处理  62
    3.1.4 不同锆钛比PZT薄膜的结构分析  62-65
  3.2 以ITO为衬底的PZT薄膜制备与结构分析  65-67
    3.2.1 溶胶的配制  65
    3.2.2 匀胶，烘烤，形成非晶薄膜  65
    3.2.3 PZT非晶膜的高温退火处理  65-66
    3.2.4 以ITO为衬底的PZT薄膜结构分析  66-67
  3.3 Sol-Gel法制备PZT薄膜小结  67-68
第四章 总结与展望  68-71
  4.1 已完成工作总结  68-69
  4.2 本文创新点  69
  4.3 不足之处和将来工作  69-71
参考文献  71-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料 > 一般性问题 > 制取方法与设备
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