基于MEMS技術(shù)ZnO壓電薄膜力傳感器研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種六方纖鋅礦型的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料，具有寬帶隙(～3.37eV)、高激子束縛能(～60meV)以及良好的力學、電學、光學和壓電特性?；赯nO薄膜壓電特性，本文采用MEMS技術(shù)在單晶硅襯底上研究、設(shè)計并制作ZnO壓電薄膜力傳感器，在硅懸臂梁上制作由底電極、ZnO壓電薄膜和項電極構(gòu)成的壓電結(jié)構(gòu)，外力作用到懸臂梁自由端引起彈性形變，ZnO壓電薄膜上下電極產(chǎn)生電荷輸出，可實現(xiàn)外力測量。
　　本文采用射頻磁控濺射

2、方法制備ZnO壓電薄膜，利用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外可見光光度計(UV-Vis spectrophotometer)、臺階儀(Step profiler)和X射線光電子能譜(XPS)等儀器對薄膜的微結(jié)構(gòu)、表面形貌、禁帶寬度等特性進行分析。通過研究濺射功率、氧氬比、沉積時間、退火溫度以及Li摻雜等對ZnO薄膜特性的影響，在硅襯底上生長的ZnO薄膜具有較好的(002)擇優(yōu)取向，在其他制備工藝條件一定時，濺射功率增

3、加，衍射峰強度增強;通過對玻璃襯底上生長的ZnO薄膜光學帶隙分析，可得ZnO薄膜禁帶寬度可達3.30eV。采用優(yōu)化的制備工藝條件，制作Al/ZnO/Pt/Ti/SiO2/Si多層膜結(jié)構(gòu)研究壓電系數(shù)(d33)，通過壓電響應(yīng)顯微鏡(PFM)測量給出，220W生長的5wt％ Li摻雜ZnO薄膜d33為13.75pm/V，相同條件下純ZnO薄膜d33為10.7pm/V。
　　在此基礎(chǔ)上，本文結(jié)合ZnO壓電薄膜力傳感器結(jié)構(gòu)和特性仿真，采用M