專利名稱：具有大壓電常數(shù)和高電阻率的V摻雜ZnO薄膜材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料及制備技術(shù)領(lǐng)域，特別一種具有大壓電常數(shù)和高電阻率V摻雜 Zn0薄膜材料。
背景技術(shù)：
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(yīng) 用在移動(dòng)通訊，電視廣播以及各類軍用雷達(dá)、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(dòng)通訊技術(shù)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ZnO薄膜結(jié)合發(fā)展出的新型聲表面波 器件成為人們研究的焦點(diǎn)之一，提高ZnO/Diamond結(jié)構(gòu)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(biāo)，而制備大的壓電常數(shù)cl,3和高的電阻率的ZnO薄膜 材料則是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有大壓電常數(shù)和高電阻率V摻雜ZnO薄膜材料。具有 大壓電常數(shù)d33 二 55-110 pC/N和高電阻率p〉1011 Q "cm的ZnO薄膜材料，其特征在于:: 所述具有大壓電常數(shù)和高電阻率特性的ZnO薄膜組成成分為V為0.5 2.5at7。， Zr: 為47.5 49.5at.呢，其余為O。由于摻雜后ZnO薄膜產(chǎn)生了鐵電性，因而使得壓電性 能大幅度提高；此外c軸擇優(yōu)取向度提高，薄膜的點(diǎn)陣參數(shù)c變小，并且平均等效原 子電荷數(shù)變大也都使得壓電性比摻雜前有所提高。由于V"或V5+離子的3d層具有很多 空能態(tài)，能夠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(jīng)過摻雜 改性后的ZnO薄膜在常溫下表現(xiàn)出大的壓電常數(shù)和高的電阻率。本發(fā)明的有益效果是使用V摻雜對ZnO體系進(jìn)行摻雜改性，由于摻雜后ZnO薄膜產(chǎn) 生了鐵電性，因而使得壓電性能大幅度提高；由于V4+或V5+離子的3d層具有很多空能 態(tài)，能夠俘獲薄膜中的自由電子，獲得結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。經(jīng)過改性后的ZnO薄膜 在常溫下表現(xiàn)出大的壓電常數(shù)和高的電阻率。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種具有大的壓電常數(shù)和高電阻率的ZnO薄膜材料。采用物理氣相沉 積、化學(xué)氣相沉積、溶膠一凝膠和電化學(xué)的方法制備V摻雜ZnO薄膜，其組成成分為 V為O. 5 2. 5 at%， Zn為47. 5 49. 5 at%，其余為O。由于摻雜后ZnO薄膜產(chǎn)生了鐵 電性，因而使得壓電性能大幅度提高；此外c軸擇優(yōu)取向度提高，薄膜的點(diǎn)陣參數(shù)6 變小，并且平均等效原子電荷數(shù)變大也都使得壓電性比摻雜前有所提高。由于v"或 V5+離子的3d層具有很多空能態(tài)，能夠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(shí)施例對本發(fā) 明予以進(jìn)一步說明。實(shí)施例l采用反應(yīng)濺射的方式制備V摻雜ZnO薄膜，其組成控制在V為O. 5 2. 5 at. %， Zn 為47. 5 49. 5 at. %，其余為O時(shí)，經(jīng)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V為O. 75at. %， Zn為49. 25 at. % ，其余為O的薄膜表面平整，平均表面粗 糙度低于2 nm; d33 = 55.6 pC/N，電阻率p〉1012 Q'cm。實(shí)施例2采用反應(yīng)濺射的方式制備V摻雜ZnO薄膜，其組成控制在V為O. 5 2.5at. %， Zn 為47.5 49.5at.y。，其余為O時(shí)，經(jīng)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V為lat. %， Zn為49at. %，其余為O的薄膜表面平整，平均表面粗糙度低 于2 nm; d33 = 82. 4 pC/N，電阻率p〉1013 Q*cm。實(shí)施例3采用反應(yīng)濺射的方式'制備V摻雜ZnO薄膜，其組成控制在V為O. 5 2.5at. %， Zn 為47.5 49.5at.。/。，其余為O時(shí)，經(jīng)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V為1.25at. %， Zn為48. 75 at. % ,其余為O的薄膜表面平整，平均表面粗 糙度低于2 nm; d33= 109.6 pC/N，電阻率p〉10'1 Q'cra。
實(shí)施例4采用反應(yīng)濺射的方式制備V摻雜ZnO薄膜，其組成控制在V為0.5 2.5at. %， Zn 為47.5 49.5at.。/。，其余為O時(shí)，經(jīng)測量薄膜顯示出優(yōu)異的壓電性能和高的電阻率c 其中組成V為l. 5at. %， Zn為48.5at. %，其余為O的薄膜表面平整，平均表面粗糙 度低于2 nm; d33 = 95.4 pC/N，電阻率p〉10'3 Q'cm。實(shí)施例5采用反應(yīng)濺射的方式制備V摻雜ZnO薄膜，其組成控制在V為0.5 2.5at. %， Zr. 為47.5 49.5at.。/。，其余為O時(shí)，經(jīng)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V為1.75at. %， Zn為48.25 at. %，其余為O的薄膜表面平整，平均表面粗 糙度低于2 nm; d33 = 82. 2 pC/N，電阻率p〉10" Q'cm。
權(quán)利要求
1.一種具有大的壓電常數(shù)和高電阻率的ZnO薄膜材料，其特征在于所述ZnO薄膜材料組成V為0.5～2.5at.％，Zn為47.5～49.5at.％，其余為O。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述具有大的壓電常數(shù)和高電阻率的ZnO薄膜材料，其特征在 于所述ZnO薄膜材料組成為V 0.75 at. %， Zn 49.25 at. %，其余為0的薄膜表面 平整，平均表面粗糙度低于2 ran; d33=55.6 pC/N，電阻率p〉1012 Q*cm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述具有大的壓電常數(shù)和高電阻率的ZnO薄膜材料，其特征在 于所述ZnO薄膜材料組成為Vat7。， Zn 49at%，其余為O的薄膜表面平整，平均 表面粗糙度低于2 nm; d33 = 82. 4 pC/N，電阻率p〉1013 Q'cm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述具有大的壓電常數(shù)和高電阻率的ZnO薄膜材料，其特征在 于所述ZnO薄膜材料組成為V 1.25 at %， Zn 48. 75 at %，其余為O的薄膜表面平 整，平均表面粗糙度低于2 ran; d,3二109. 6 PC/N，電阻率p〉10'1 Q*cm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述具有大的壓電常數(shù)和高電阻率的ZnO薄膜材料，其特征在 于所述ZnO薄膜材料組成為V 1.5 at%， Zn48.5at%，其余為O的薄膜表面平整， 平均表面粗糙度低于2 nm; d33 = 95.4 pC/N，電阻率p〉1013 Q'cm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述具有大的壓電常數(shù)和高電阻率的ZnO薄膜材料，其特征在 于所述ZnO薄膜材料組成為V 1.75 at%， Zn 48.25 at % ，其余為O的薄膜表面平 整，平均表面粗糙度低于2 nm; d33 = 82.2 pC/N，電阻率p〉1011 Q'cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于新材料領(lǐng)域的一種具有大的壓電常數(shù)和高電阻率的ZnO薄膜材料。具有壓電常數(shù)d₃₃＝55-110pC/N和高的電阻率ρ＞10¹¹Ω·cm的ZnO薄膜材料。本發(fā)明使用V摻雜對ZnO體系進(jìn)行摻雜改性，由于摻雜后ZnO薄膜產(chǎn)生了鐵電性，因而使得壓電性能大幅度提高；此外c軸擇優(yōu)取向度提高，薄膜的點(diǎn)陣參數(shù)c變小，并且平均等效原子電荷數(shù)變大也都使得壓電性比摻雜前有所提高。由于V⁴⁺或V⁵⁺離子的3d層具有很多空能態(tài)，能夠俘獲薄膜中的自由電子，獲得結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。經(jīng)過摻雜改性后的ZnO薄膜在常溫下表現(xiàn)出大的壓電常數(shù)和高的電阻率。
文檔編號H03H9/02GK101118948SQ200710121299
公開日2008年2月6日 申請日期2007年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月3日
發(fā)明者成 宋, 飛 曾, 楊玉超, 峰 潘 申請人:清華大學(xué)