[發(fā)明專利]一種Er摻雜的氮化鋁壓電薄膜材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710062647.0
• 申請(qǐng)日: 2017-01-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106835016A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊成韜;泰智薇;胡現(xiàn)偉;牛東偉;唐佳琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/06
• 分類號(hào): C23C14/06;C23C14/34;C23C14/24;C23C14/28
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙)51232
• 代理人: 葛啟函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于壓電薄膜材料領(lǐng)域，特別涉及一種Er摻雜的氮化鋁壓電薄膜材料。

背景技術(shù)

氮化鋁(AlN)是Ⅲ‐Ⅴ族氮化物半導(dǎo)體材料，屬于六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，具有一系列優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，如禁帶寬度大(6.2ev)、高的熱導(dǎo)率、低的熱膨脹系數(shù)、高硬度、化學(xué)穩(wěn)定性好、大的擊穿場(chǎng)強(qiáng)和低的介電損耗、可用于高功率的微電子器件和深紫外發(fā)光電子器件，其應(yīng)用前景十分廣闊。此外，氮化鋁(AlN)作為壓電材料不僅具有高的聲表面波傳播速度(10400m/s)，而且與互補(bǔ)金屬半導(dǎo)體(CMOS)工藝兼容，成為當(dāng)前通訊業(yè)發(fā)展所需高頻聲表面波器件的首選材料。但由于氮化鋁(AlN)壓電性能與氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT)相比較低，限制了氮化鋁(AlN)的進(jìn)一步應(yīng)用。故而，如何有效提高氮化鋁(AlN)的壓電性能成為研究中所要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種Er摻雜的氮化鋁壓電薄膜材料。

為克服現(xiàn)有技術(shù)氮化鋁薄膜材料壓電性能欠佳的不足，本發(fā)明為提高氮化鋁薄膜材料的壓電性能采用如下技術(shù)方案：

一種Er摻雜的氮化鋁壓電薄膜材料，其特征在于，所述Er摻雜的氮化鋁壓電薄膜材料的化學(xué)式為Er_xAl_1-xN，其中，x為Er的含量，1-x為AlN的含量，x≦0.5。

本發(fā)明中Er摻雜的氮化鋁壓電薄膜材料可以采用反應(yīng)磁控濺射法、真空蒸發(fā)鍍膜法、脈沖激光沉積法等合適的薄膜制備方法制備。

本發(fā)明中Er摻雜的氮化鋁壓電薄膜材料在制備中所需的襯底材料為表面光滑材料；

本發(fā)明中Er摻雜的氮化鋁壓電薄膜材料在制備中使用的靶材可以是合金靶、鑲嵌靶、雙靶等。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用現(xiàn)有薄膜制備技術(shù)，在多種可選擇襯底上沉積生長(zhǎng)Er摻雜的AlN壓電薄膜，在不增加工藝難度的基礎(chǔ)上通過(guò)Er摻雜AlN后薄膜結(jié)構(gòu)的改變來(lái)盡可能的提升AlN薄膜的壓電性能。稀土元素Er的離子半徑比Al的大，摻雜取代部分Al原子后會(huì)使晶體的晶格常數(shù)發(fā)生畸變；Er的電負(fù)性比Al小，Er的摻入使AlN中原有的純共價(jià)鍵變成共價(jià)鍵和離子鍵共存的混合態(tài)；且ErN為立方相，隨著Er摻雜含量的不斷增加其晶體結(jié)構(gòu)一定會(huì)出現(xiàn)六方相AlN和立方相ErN共存的過(guò)渡態(tài)。因此，Er摻雜AlN后薄膜結(jié)構(gòu)的改變，從而提升AlN的壓電性能。基于此，本發(fā)明具有良好的推廣應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述的一種Er摻雜氮化鋁的壓電薄膜材料的結(jié)構(gòu)示意圖；其中：1為襯底材料，2為Er摻雜氮化鋁壓電薄膜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和說(shuō)明書附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

實(shí)施例：

一種Er摻雜的氮化鋁壓電薄膜材料通過(guò)射頻反應(yīng)磁控濺射法制備的具體步驟如下：

步驟A：預(yù)處理襯底；

本實(shí)施例采用已經(jīng)經(jīng)過(guò)拋光處理的硅(Si)作為襯底，用丙酮、乙醇、去離子水各超聲清洗15分鐘后，再用高壓氮?dú)獯蹈桑?/p>

步驟B制備AlN薄膜；

B1：選擇高純鋁鉺鑲嵌靶作為靶材，對(duì)真空腔室進(jìn)行清潔處理，放入襯底材料，固定好靶材，打開(kāi)真空系統(tǒng)；

B2：:當(dāng)背底真空達(dá)到10-3Pa時(shí)，將真空腔室溫度升高到200℃并保溫20分鐘后，通入氬氣(純度99.99％)使得其含量為2.2并維持10分鐘；

B3：通入氬氣(純度99.99％)使得其含量為6.0，調(diào)節(jié)濺射功率為120W，濺射時(shí)間15分鐘；

B4：調(diào)節(jié)工藝參數(shù)具體如下：濺射溫度為350℃，濺射功率為150W，靶基距為65mm，工作壓強(qiáng)為0.5Pa，通入的氬氣和氮?dú)獾暮勘葹闅鍤狻玫獨(dú)猓?∶4，濺射時(shí)間為120分鐘。

步驟C：濺射結(jié)束后，對(duì)制得的薄膜保溫1小時(shí)，待真空腔室溫度溫度降到50°以下關(guān)閉設(shè)備。

根據(jù)本實(shí)施例所得薄膜材料的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中，1為硅襯底材料，2為Er摻雜的AlN壓電薄膜，Er摻雜的AlN壓電薄膜在硅襯底材料上沉積生長(zhǎng)。

以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用與限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的申請(qǐng)范圍內(nèi)所做的任何修改，等同替換和改進(jìn)均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。