用于FBAR的PZT薄膜制備研究.pdf

1、具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鋯鈦酸鉛(PbZr1-xTixO3，簡(jiǎn)稱PZT)薄膜由于具有優(yōu)良的鐵電、熱釋電、電光、聲光及非線性光學(xué)特性，在微電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在FBAR技術(shù)方面，PZT作為一種壓電材料，由于其具有高壓電耦合系數(shù)，高介電常數(shù)，使其在FBAR的帶寬的改善，器件厚度及尺寸的減小等方面優(yōu)勢(shì)顯著，特別對(duì)于低阻抗，大帶寬的FBAR器件來(lái)說(shuō)，PZT是優(yōu)選材料。 本論文分別利用射頻磁控濺射和Sol-Gel技術(shù)在不同襯底上制備出高

2、質(zhì)量的PZT薄膜，并用XRD和SEM等測(cè)試手段對(duì)沉積薄膜的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了表征。 論文的主要工作及取得的研究成果在于： 1.采用射頻磁控濺射成功制備高質(zhì)量的PZT薄膜，實(shí)驗(yàn)中觀察到，高質(zhì)量PZT薄膜的獲得與濺射氣氛，襯底狀況，以及適當(dāng)?shù)暮罄m(xù)熱處理溫度，時(shí)間有著很大的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明，全氬的濺射氣氛更有利于PZT薄膜的制備；溫度較低，且晶格常數(shù)同鈣鈦礦相相近的襯底有利于獲得比較好的結(jié)晶情況；并且利用后續(xù)熱處理工藝，可以提高Pb

3、揮發(fā)的勢(shì)壘，有利于生成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的壓電薄膜。最終，我們?cè)诠ぷ鳉鈮?.0×10-1Pa，全Ar環(huán)境，采用快速升降溫的辦法650℃退火1.5h這種工藝條件下，于SiO2基底上成功的制出了良好c軸取向的PZT薄膜。 2.采用溶膠-凝膠(Sol-Gel)法分別于Pt/Ti/SiO2/Si和ITO玻璃襯底上成功制備了優(yōu)質(zhì)的PZT薄膜，并著重分析了PZT成分組成對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明，隨著Zr的加入，PZT薄膜的晶格常數(shù)a變大，c/

4、a向常數(shù)1靠近；晶體假立方相向四方相的相變是發(fā)生在Zr/Zr+Ti=45％～50％這一組成區(qū)域，在這一區(qū)域中表現(xiàn)為假立方相和四方相兩相共存；通過(guò)對(duì)特定峰的半高寬研究我們發(fā)現(xiàn)，組成在Zr/Zr+Ti=45％～50％的范圍內(nèi)會(huì)存在某個(gè)配比值，此時(shí)的粒徑最??；隨著Zr含量的不斷提高，PZT薄膜需要更高的結(jié)晶溫度，否則很難得到純的鈣鈦礦相，容易出現(xiàn)焦綠石相，并且Zr含量低于50％時(shí)，結(jié)晶方向是隨機(jī)取向的，高于50％會(huì)出現(xiàn)擇優(yōu)取向，但當(dāng)Zr含量大

5、于65％時(shí)，擇優(yōu)取向變得不明顯。最終我們成功的在ITO玻璃襯底上制備出了(110)擇優(yōu)取向的PZT薄膜，并摸索出了一套相對(duì)最優(yōu)的工藝參數(shù)。 本文創(chuàng)新點(diǎn)： 1.研究了用于FBAR的PZT壓電薄膜，PZT用于FBAR的研究還鮮有報(bào)道，課題選擇具有新意。 2.由于在ITO上更易生長(zhǎng)PZT，本論文研究了在ITO薄膜(FBAR下電極)上制備PZT，提出了基于ITO+PZT的FBAR結(jié)構(gòu)，目前還未見(jiàn)該結(jié)構(gòu)的FBAR。