磁控溅射制备ZnO波导层及Love波湿度传感器的研究

摘要

Love波器件由于能量主要分布于波导层中，而且Love波不存在基片法向量的位移分量，与基片表面及波导层负载间耦合非常小。因此，在电子器件、传感器、生物分析芯片等领域得到了广泛的研究和应用。Love波器件波导层的生长关系到波导层的内部缺陷、晶粒大小及结晶取向等质量因素，它是影响器件最终性能的关键因素。为了提高Love波器件的性能，本文提出了一种利用磁控溅射制备Love波器件中ZnO波导层的方案，并将Love波器件用于湿度传感器。
　　在磁控溅射制备ZnO波导层工艺中，溅射温度是影响波导层质量的重要因素。为了研究射频磁控溅射温度对ZnO波导层及Love波器件的影响机理，在溅射功率为120W、溅射时间为200min、溅射气压为1.2Pa以及不同溅射温度下，制备了一组具有ZnO波导层的Love波器件。使用各种表征工具对ZnO波导层的结晶取向和微观结构进行分析，并用网络分析仪对以ZnO为波导层的Love波器件进行响应特性分析。分析结果表明：在25~150℃，随着溅射温度的升高，ZnO波导层的整体质量上升。当溅射温度大于150℃，ZnO波导层的整体质量下降。与其它溅射温度相比，150℃下制备的ZnO波导层的c轴取向性最好，内部缺陷最少，内应力最小。具有ZnO波导层Love波器件的插入损耗为17.7dB。
　　将以溅射温度为150℃下制备的ZnO为波导层的Love波器件用作湿度感器，并设计一个测量系统分析其响应特性。测量结果表明：Love波湿度传感器具有较好的重复性，在测量气室温度为25℃下，传感器在相对湿度为20％至80%范围内，具有较高的灵敏度6.43KHz/RH，测试极限为0.00015%RH/Hz，传感器的质量灵敏度为178.68cm2/g，且具有较小的迟滞性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景、目的与意义

1.2 研究现状

1.3 论文结构与内容安排

第二章 ZnO波导层对Love波器件影响

2.1 Love波在ZnO波导层的传播特性

2.2 ZnO波导层生长参数对器件的影响

2.3 ZnO波导层厚度对器件的影响

本章小结

第三章 磁控溅射法制备ZnO波导层工艺

3.1 材料的选取

3.2 磁控溅射制备ZnO波导层工艺

3.3 影响ZnO波导层质量的主要参数

本章小结

第四章 溅射温度对ZnO波导层及器件的影响

4.1 波导层结晶取向分析

4.2 波导层微结构分析

4.3 波导层应力分析

4.4 Love波器件的频率响应

本章小结

第五章 Love波器件在湿度传感器中的应用

5.1 Love波湿度传感器的测试

5.2 湿度传感器的特性分析

5.3 传感器质量敏感度

本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢