zno薄膜加速度传感器研制论文

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1、DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheDoctorDegreeofMicroelectronicsandSolidStateElectronicsRESEARCHONZnOTHINFILMACCELERATIONSENSORbyLiHongliSupervisor:Prof.SunYicaiApril2012河北工业大学博士学位论文ZnO薄膜加速度传感器的研制摘要本文目标是研制ZnO薄膜压电传感器。本文分析了高C轴取向ZnO薄膜的性能，对ZnO薄膜的压电效应进行测试（压电系数、电滞回线），设计了压电传感器的测量电路，

2、设计了悬臂梁结构的压电微力传感器。本文的工作及取得的研究成果总结如下：用磁控溅射法在硅衬底上沉积ZnO薄膜，利用XRD、AFM、SEM等测试手段对薄膜的性能进行测试分析。研究了各个工艺参数对薄膜性能的影响（衬底温度、溅射功率、靶距、氧氩比、溅射压力、退火温度等）。优化出最佳工艺条件：250℃衬底温度、100W溅射功率、7.5nm靶距、5:5氧氩比、1.0pa溅射压力、600℃退火温度。在最佳工艺条件下，硅衬底上获得了均匀、致密的ZnO薄膜。所得薄膜具7有较好的表面形貌、小粗糙度（RMS：2.038nm)，高C轴取向，高电阻率（＞10Ω.cm）。纵向压电系数测量系统由原子力显微镜和数字锁

3、相放大器组成。本文完成了ZnO薄膜纵向压电系数的测量，厚度0.82μm和1.64μm的ZnO薄膜对应的纵向压电系数分别为27.31pm/V和50.31pm/V。ZnO薄膜的压电性和长期稳定性较好，薄膜厚度与纵向压电系数成正比。本文对电滞回线参数测量进行测量，验证ZnO薄膜的压电性随厚度增大而增强。本文研究了微机械加速度传感器的工作原理。作者应用机电等效模拟技术，创建传感器的等效电路模型，利用等效电路模型对微机械加速度传感器进行仿真，效果较好。本文探讨了MEMS技术的应用。作者应用悬臂梁结构对压电微力传感器进行设计。本文建立传感器的力-电荷量转换效率优化模型，优化了微悬臂梁的薄膜和层的

4、厚度，使器件的力-电荷量转换效率提高。随着微传感器理论的进一步成熟以及MEMS技术的发展，需要不断探索、发现并解决更多的问题。希望本文的工作能够为ZnO薄膜压电加速度传感器的发展有一点贡献。文中的不足之处敬请各位专家、老师批评指正。关键词：ZnO薄膜，压电特性，磁控溅射法，电荷放大器，微机电系统iZnO薄膜加速度传感器的研制RESEARCHONZnOTHINFILMACCELERATIONSENSORABSTRACTInthispaper,ZnOthinfilmaccelerationsensorsdevelopedforthegoal.ThispaperanalyzesthehighC-

5、axisorientedZnOthinfilmproperties,thepiezoelectriceffectofZnOthinfilmtest(piezoelectriccoefficient,hysteresisloop),thedesignofpiezoelectricsensorsmeasuringcircuit,designedthestructureofthepiezoelectricmicro-cantileverforcesensor.Thisworkandtheresearchresultsaresummarizedasfollows:Bymagnetronsputt

6、eringZnOthinfilmsdepositedonsiliconsubstrates,usingXRD,AFM,SEMtestmeanstotesttheperformanceofthinfilmanalysis.Ofthevariousprocessparametersonfilmproperties(substratetemperature,sputteringpower,targetdistance,oxygenargonratio,sputteringpressureandannealingtemperature,etc.).Optimizethebestconditions

7、:250℃ofsubstratetemperature,100Wsputteringpower,7.5nmtargetdistance,oxygenargonratioof5:5,1.0pasputteringpressure,600℃annealingtemperature.Underoptimumconditions,thesiliconsubstratetoobtainauniformanddenseZnOfilm