專利名稱:具有大壓電常數和高電阻率的ZnO薄膜的制作方法
技術領域:
本發(fā)明屬于新材料制備技術領域,特別涉及一種具有大的壓電常數和高電阻 率的ZnO薄膜。
背景技術:
聲表面波器件是一種重要的固體電子器件,具有優(yōu)異的信號處理能力,廣泛 應用在移動通訊,電視廣播以及各類軍用雷達、通信系統(tǒng)中,具有巨大的市場需 求和廣闊的發(fā)展前景。隨著第三代移動通訊技術的發(fā)展,聲表面波器件的使用頻 率不斷提高,以高聲速的金剛石薄膜與具有壓電特性的Zn0薄膜結合發(fā)展出的新 型聲表面波器件成為人們研究的焦點之一,提高ZnO/Diamond結構聲表面波器件 的頻率和降低器件的插入損耗成為業(yè)界的共同目標,而制備大的壓電常數&和 高的電阻率的Zn0薄膜材料是實現這一 目標的關鍵。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種具有大壓電常數和高電阻率的Zn0薄膜,其特征在 于所述具有大壓電常數和高電阻率特性的Zn0薄膜組成為Cu為0. 1 3. 0 at. %, Ni為O. 1 3.0 at.%, Zn為44. 0 49. 8 at. %,其余為0。
本發(fā)明的有益效果是經過摻雜改性后的ZnO薄膜在常溫下表現出大的壓電常 數(d33〉14pC/N)和高的電阻率P〉10"'Q'cm。摻雜后的ZnO薄膜c軸取向度的提 高,薄膜的點陣參數變小,并且平均等效原子電荷數變大,因而壓電性比摻雜前 明顯提高。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種具有大的壓電常數和高電阻率的ZnO薄膜。采用物理氣相沉 積、化學氣相沉積、溶膠-凝膠和電化學的方法制備Cu、 Ni共摻雜ZnO薄膜, 其組成成分為Cu為0. 1 3. Oat. %, Ni為0. l 3.0at. %, Zn為44. 0 49. 8 at.%,其余為0。由于摻雜后ZnO薄膜c軸取向度的提高,薄膜的點陣參數變小, 并且平均等效原子電荷數變大,因而壓電性比摻雜前明顯提高,而Cu、 Ni 二價離子3d層的空能態(tài)還能俘獲薄膜中的自由電子,因此具有提高薄膜電阻率的效 果。本發(fā)明既可以是薄膜材料,也可以是體材料。下面列舉實施例對本發(fā)明予以 進一步說明。 實施例1
采用反應濺射的方式制備Cu、Ni共摻雜Zn0薄膜,其組成控制在Cu為0. l 3. 0 at. % , Ni為0. 1 3. 0 at. % , Zn為44. 0 49. 8 at. %,其余為0時,經測 量薄膜顯示出優(yōu)異的壓電性能和高的電阻率。其中組成Cu為1 at. ,Ni為1 at. %, Zn為48 at. %,其余為0的薄膜表面平整,平均表面粗糙度低于2 run; d33 =14. 6pC/N,電阻率p 〉1(TQ'cm。
實施例2
采用化學氣相沉積方式制備Cu、 Ni共摻雜Zn0薄膜,其組成控制在Cu為
0. 1 3. 0 at. % , Ni為0. 1 3. 0 at. % , Zn為44. 0 49. 8 at. %,其余為0時, 經測量薄膜顯示出優(yōu)異的壓電性能和高的電阻率。其中組成Cu為2at. %, Ni為
1. 5 at. % , Zn為46. 5 at. % ,其余為0的薄膜表面平整,平均表面粗糙度低于 2 nm; d33 = 14. 3 pC/N,電阻率p >10inq'cm。
實施例3
采用化學氣相沉積方式制備Cu、 Ni共摻雜Zn0薄膜,其組成控制在Cu為 0. 1 3. 0 at. % , Ni為0. 1 3. 0 at. % , Zn為44. 0 49. 8 at. %,其余為0時, 經測量薄膜顯示出優(yōu)異的壓電性能和高的電阻率。其中組成成分為CU為2. 8 at. %, , Ni為2. 1 at.. % , Zn為45. 1 at. % ,其余為0的薄膜表面平整,平均表面 粗糙度低于2nm; d =14. lpC/N,電阻率p 〉10'()q*cm。
實施例4
采用反應濺射的方式制備Cu、Ni共摻雜Zn0薄膜,其組成控制在Cu為0. 1 3. 0 at. % , Ni為0. 1 3. 0 at. % , Zn為44. 0 49. 8 at. %,其余為0時,經測 量薄膜顯示出優(yōu)異的壓電性能和高的電阻率。其中組成Cu為0. 5 at. %, , Ni為 0. 5 at. % , Zn為49 at. % ,其余為0的薄膜表面平整,平均表面粗糙度低于2 nm; d33=14. 5pC/N,電阻率p 〉10"^'cm。
權利要求
1.一種具有大壓電常數和高電阻率的ZnO薄膜,其特征在于所述具有大壓電常數和高電阻率特性的ZnO薄膜組成為Cu為0.1~3.0 at.%,Ni為0.1~3.0 at.%,Zn為44.0~49.8 at.%,其余為O。
2. 根據權利要求1所述具有大壓電常數和高電阻率的Zn0薄膜,其特征在于: 其組成Cu為1 at. % , Ni為1 at. % , Zn為48 at. % ,其余為0:薄膜表面平 整,平均表面粗糙度低于2 nm; dM = 14.6pC/N,電阻率P 〉10"'Q'cm。
3. 根據權利要求1所述具有大壓電常數和高電阻率的ZnO薄膜,其特征在于 其組成Cu為2 at. %, Ni為1. 5 at. % , Zn為46. 5 at. % ,其余為0;薄膜表 面平整,平均表面粗糙度低于2 nm; d33=14.3 pC/N,電阻率p 〉10'。Q'cm。
4. 根據權利要求1所述具有大壓電常數和高電阻率的ZnO薄膜,其特征在于 其組成Cu為2. 8 at. %, , Ni為2. 1 at. %, Zn為45. 1 at. %,其余為0;薄 膜表面平整,平均表面粗糙度低于2 nm; d33 = 14. lpC/N,電阻率P >10'fl。*cm。
5. 根據權利要求1所述具有大壓電常數和高電阻率的ZnO薄膜,其特征在于 其組成Cu為0. 5 at. %, , Ni為0. 5 at. % , Zn為49 at. % ,其余為0;薄膜表 面平整,平均表面粗糙度低于2 nm; d33=14. 5pC/N,電阻率P 〉10'"Q*cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于新材料制備技術領域的一種具有大的壓電常數和高電阻率的ZnO薄膜。本發(fā)明使用Cu、Ni元素共摻雜對ZnO體系進行摻雜改性的方法,由于摻雜后ZnO薄膜c軸擇優(yōu)取向度提高,薄膜的點陣參數變小,并且平均等效原子電荷數變大,因而壓電性比摻雜前明顯提高,而Cu、Ni二價離子3d層的空能態(tài)還能俘獲薄膜中的自由電子,因此具有提高薄膜電阻率的效果。經過摻雜改性后的ZnO薄膜在常溫下表現出優(yōu)異的壓電特性和高的電阻率d<sub>33</sub>(d<sub>33</sub>>14pC/N)和高的電阻率(ρ>10<sup>10</sup>Ω·cm)。
文檔編號H03H9/02GK101110463SQ20071011864
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月11日 優(yōu)先權日2007年7月11日
發(fā)明者飛 曾, 楊玉超, 峰 潘, 王旭波 申請人:清華大學