高溫鎳基合金襯底上制備C軸取向AlN薄膜研究.pdf

1、近年來，柔性聲表面波（SAW）傳感器以其獨特的優(yōu)勢以及潛在的應(yīng)用價值已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在這些柔性SAW器件中，C軸擇優(yōu)取向的氮化鋁薄膜（AlN）以其良好物理化學特性成為首選的壓電材料。但目前為止的絕大多數(shù)研究，主要局限于將AlN薄膜制備在只能應(yīng)用于較低溫度下的超薄的柔性有機聚合物襯底表面。對于可耐高溫的柔性合金襯底上制備AlN薄膜還少有報道，Hastelloy柔性帶材因其具有良好柔韌性和耐高溫的特性被廣泛應(yīng)用于各種場合。因

2、此，系統(tǒng)的開展在柔性高溫鎳基合金襯底上制備C軸擇優(yōu)取向的AlN薄膜的研究，對于開發(fā)耐高溫的柔性SAW傳感器具有重要意義。
　　首先，通過在Hastelloy襯底和Si（100）襯底上沉積AlN薄膜，發(fā)現(xiàn)襯底表面RMS粗糙度對于AlN薄膜的C軸擇優(yōu)取向影響極大，其中AlN/Hastelloy樣品的（002）峰搖擺曲線FWHM為16.3°，AlN/Si（100）樣品的（002）峰搖擺曲線FWHM為2.3°。通過化學溶液平坦化法在粗糙的

3、Hastelloy柔性襯底表面制備一層非晶Y2O3緩沖層可以使柔性合金襯底表面RMS粗糙度減小到1 nm以下，相同工藝下制備的AlN/Y2O3/Hastelloy樣品的（002）峰搖擺曲線FWHM減小到4.4°。
　　其次，本文系統(tǒng)的研究了中頻磁控濺射中襯底溫度、濺射功率、氮氣含量、濺射氣壓、靶基距等工藝參數(shù)對AlN薄膜的影響，發(fā)現(xiàn)襯底溫度與濺射功率對AlN薄膜C軸擇優(yōu)取向生長影響最為顯著，氮氣含量與濺射氣壓的影響次之，靶基距的影

4、響最小。通過逐步優(yōu)化工藝參數(shù)，最終制備的柔性AlN/Y2O3/Hastelloy薄膜（002）峰搖擺曲線FWHM低至3.7°，表面RMS粗糙度為5.46 nm，壓電系數(shù)d33為5.02 pm/V。并且薄膜附著性良好，不會隨著樣品的彎曲而脫落。
　　接著，通過AlN薄膜的SEM斷面分析，得到了兩步法制備C軸擇優(yōu)取向AlN薄膜的生長模型。AlN薄膜生長主要分為三個階段：種子層生長階段、排列生長階段和柱狀晶生長階段，其中前兩個階段的生長