ZnO薄膜的制备与压电传感器压电结构的有限元分析

摘要

氧化锌作为一种多功能的Ⅱ～Ⅵ族宽禁带化合物 n型半导体材料，具有六方纤锌矿结构。ZnO具有多种突出的物理特性，并以其良好的压电特性而成功应用于声表面波器件和压电传感器。
　　本文利用直流反应磁控溅射方法在Si基底上沉积了ZnO薄膜，分别研究了基片温度、溅射气氛等条件对生长薄膜质量的影响。通过工艺参数的优化，在衬底温度为300℃，氩氧混合气氛（Ar:O2=4:1）中制备出了性能优良的ZnO薄膜。
　　薄膜的XRD表征分析表明生长的样品高度C轴取向。AFM表面形貌分析表明薄膜表面均匀平整，晶粒直径在30～50nm。电阻率测试表明退火后样品的电阻率达到107Ω·cm。压电系数测试仪表明制备薄膜的压电系数达到10-12C/N。
　　对ZnO/SiO2/Si结构悬臂梁式 ZnO压电传感器进行了有限元分析，运用ANSYS软件建立了压电薄膜悬臂梁结构的有限元模型，对ZnO薄膜悬臂梁结构进行了模态分析和结构静力分析，通过模态分析得到了厚度为0.5μm尺寸为500μm×500μm的悬臂梁结构 ZnO压电传感器的谐振频率和荷载状态下的形变及应力分布。
　　通过本论文的研究，为氧化锌压电传感器的研制奠定了基础。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 ZnO薄膜的基本特性

1.2 ZnO薄膜的应用

1.3 ZnO薄膜的制备方法

1.4 压电传感器

1.5 有限元分析

1.6 本论文研究的意义、目的和内容

第二章 ZnO薄膜的制备

2.1 ZnO薄膜制备技术路线

2.2 ZnO薄膜的制备原理

2.3 ZnO薄膜的制备工艺

2.4 本章小结

第三章 ZnO薄膜特性研究

3.1 ZnO薄膜的特性测试方法

3.2 工艺参数对薄膜性能影响

3.3 最佳工艺制备的ZnO薄膜特性表征

3.4 本章小结

第四章 ZnO压电传感器结构设计及ANSYS分析建模

4.1 压电传感器工作原理

4.2 ZnO压电传感器单元结构

4.3 ZnO压电传感器悬臂梁式结构

4.4 本章小结

第五章 结论及展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间研究成果