[發(fā)明專利]壓電薄膜換能器雙端共濺生長ZnO薄膜的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010042080.9
• 申請日: 2010-01-15
• 公開（公告）號: CN101736305A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯勁松;朱昌安;鄭澤漁;周勇;李仁揮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第二十六研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲體波微波延遲線的核心部件-壓電薄膜換能器，具體指傳聲介質(zhì)兩端壓電薄膜換能器的ZnO薄膜反應(yīng)磁控濺射生長方法。

背景技術(shù)

聲體波微波延遲線的核心部分是壓電薄膜換能器。聲體波壓電薄膜換能器由底電極、ZnO壓電薄膜和上電極組成，如圖1所示。在聲體波微波延遲線中，微波電信號傳輸?shù)捷斎霌Q能器，通過換能器的逆壓電效應(yīng)，將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘柌⒃趥髀暯橘|(zhì)中傳播，當(dāng)聲信號到達輸出換能器時，通過換能器的壓電效應(yīng)將聲信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵觥Ｔ谥谱髀曮w波延遲線的工藝流程中，薄膜換能器的制作是關(guān)鍵。其中，ZnO壓電薄膜的制作又是其中最困難的。

現(xiàn)有技術(shù)通常是利用反應(yīng)磁控濺射在YAG(釔鋁石榴石)晶體上生長ZnO薄膜，濺射工藝參數(shù)是V_DC：260～290V，I_DC：0.6A，靶基距約80mm，工作氣壓1Pa，襯底溫度180～200℃，氧氣流量110～120sccm。

傳統(tǒng)的反應(yīng)磁控濺射工藝流程是先在傳聲介質(zhì)的一端(A端)濺射生長ZnO薄膜，然后再在另一端(B端)濺射生長ZnO薄膜，如圖2所示。由于濺射時晶體所處的環(huán)境溫度較高，在B端濺射生長ZnO薄膜時，對于A端已經(jīng)濺射好的ZnO薄膜來說就處于一個退火的過程。兩端換能器的制作工藝條件有很大的區(qū)別，必然導(dǎo)致最終生長的ZnO薄膜質(zhì)量有很大的區(qū)別。

利用探針測試單端換能器的回波損耗，在A端換能器處測得的回波損耗總是大于B端換能器。如圖3，在中心頻率為4.3GHz時，在A端換能器處測得的回波損耗為75.87dB，在B端測得的值為59.25dB。由此可證明B端換能器的轉(zhuǎn)換效率優(yōu)于A端。在制作成器件后進行的老化試驗中，部分產(chǎn)品的A端換能器的轉(zhuǎn)換效率會在短時間內(nèi)大幅度降低，這可能是因為在缺氧環(huán)境下退火后，換能器中缺陷太多，在高頻振動下薄膜壓電效應(yīng)易大幅衰退造成的。

對A端和B端的ZnO薄膜分別作XRD分析(如圖4)，從搖擺曲線可以看出在少氧或者無氧環(huán)境下退火后，A端的ZnO薄膜沿c軸取向的一致性明顯沒有B端好。這也是為何A端換能器的回波損耗總是大于B端的本質(zhì)原因之一。兩端換能器狀態(tài)差異太大，對提取S參數(shù)進行網(wǎng)絡(luò)匹配會帶來很大的困擾。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種壓電薄膜換能器雙端共濺生長ZnO薄膜的方法，本方法生長的ZnO薄膜兩端整體狀態(tài)一致，結(jié)晶取向良好，且兩端回波損耗基本一致。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：壓電薄膜換能器雙端共濺生長ZnO薄膜的方法，它采用反應(yīng)磁控濺射法在晶體兩端生長ZnO薄膜，晶體附著在夾具上。生長時，將晶體的兩端對稱于靶源中心線放置使晶體兩端處于完全相同的輝光區(qū)包裹中，利用同一靶源在晶體兩端同時生長出ZnO薄膜。

所述晶體與靶源平行。

反應(yīng)磁控濺射工藝參數(shù)為V_DC：300～320V，I_DC：0.6～0.7A，靶基距80～90mm，工作氣壓1.2～1.5Pa，襯底溫度260～300℃，氧氣流量140～160sccm。

本發(fā)明由于晶體的兩端處于完全相同的輝光區(qū)包裹中，即兩者的生長環(huán)境完全相同，因此本方法生長的ZnO薄膜兩端整體狀態(tài)一致。XRD分析顯示ZnO薄膜c軸取向良好，且兩端的ZnO薄膜結(jié)晶取向狀況基本一致。通過對兩端的換能器分別測試回波損耗，兩端的結(jié)果基本一致，這對于后期提取換能器的S參數(shù)進行網(wǎng)絡(luò)匹配帶來了很大的便利。

附圖說明

圖1-聲體波壓電薄膜換能器結(jié)構(gòu)圖；

圖2-現(xiàn)有反應(yīng)磁控濺射工藝流程圖；

圖3-現(xiàn)有方法生長的ZnO薄膜A、B兩端回波損耗圖；

圖4-現(xiàn)有方法生長的ZnO薄膜A端與B端搖擺曲線；

圖5-本發(fā)明雙端共濺工藝流程圖；

圖6-本發(fā)明雙面共濺示意圖；

圖7-本發(fā)明共濺生長的兩端ZnO薄膜XRD曲線；

圖8-本發(fā)明采用共濺工藝生長的ZnO薄膜雙端換能器回波損耗圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

本發(fā)明壓電薄膜換能器雙端共濺生長ZnO薄膜的方法，它采用現(xiàn)有成熟的反應(yīng)磁控濺射原理在晶體兩端生長ZnO薄膜，其不同在于，現(xiàn)有技術(shù)是單端先后分別濺射生長ZnO薄膜，而本發(fā)明是雙端同時共濺生長ZnO薄膜，其工藝流程見圖5。