基于ZnOGlass声表面波器件的高速紫外传感特性研究.pdf

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1、2014年第33卷第9期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)35DOI：10．13873／J．1000—9787(2014)o9-0035-03基于ZnO／Glass声表面波器件的高速紫外传感特性研究谷航何兴理，骆季奎(浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州310027)摘要：基于氧化锌／玻璃(ZnO／G1ass)结构的声表面波(SAW)器件可以用来制作性能优良的紫外探测器。使用有限元分析软件COMSOLMuhiphysics仿真了该种结构的声表面波器件，并得到其$11参数。基于仿真结果，制备了相应的SAW器件，实验所用ZnO薄

2、膜采用直流反应磁控溅射方法沉积，所制备的ZnO薄膜呈(0002)取向。基于该种结构的SAW紫外探测器对紫外光的反应时间仅3S，其紫外探测的灵敏度高达36．4×10／mW／cm。关键词：氧化锌／玻璃；声表面波；COMSOL仿真；紫外探测中图分类号：TN384文献标识码：A文章编号：1000--9787(2014)09-0035-03ResearchonhighspeedUVsensingcharacteristicsbasedonZnO／GlassSAWdeviceGUHang，HEXing—li，LUOJi—kui(DepartmentofInformatiOnScience&E

3、lectronicsEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：ZnO／GIass．basedsurfaceacousticwave(SAW)devicecanbeusedtofabricateUVlightdetectorwithexcellentperformance．Finiteelementanalysis(FEA)softwareCOMSOLMultiphysicsiSusedtosimulateSAWdevicewiththisstructure．andtheS11parameteriSac

4、hieved．Basedonsimulationresuh．correspondingSAWdevicesiSfabricated．Zn0thinfilmwith(0002)orientationiSdeposittedbydirect—curent(DC)reactivemagnetronsputtering．ResponsetimeofSAWUVdetectorbasedonthisstructuretoUVlightisonly3S．andsensitivityofUVdetectioniSashighas36．4×10／mW／cm．KeyWords!ZnO／Glass：S

5、AW：COMSOLsimulation：UVdetection0引言紫外探测器。利用直流反应磁控溅射法在Glass衬底上制ZnO是一种同时具有半导体、光电和压电特性的材料，备了ZnO薄膜，然后在薄膜上制作了声表面波(SAW)器它对于紫外光比较敏感，在室温下的禁带宽度为3．37eV，件，并对该种器件的特性进行测试该种器件表现出良好的有较高的激子复合能(60meV)。ZnO价格低廉，原材料丰紫外传感特性。由于采用了Glass衬底，相比于硅基衬底，富，其薄膜容易制备，方法包括磁控溅射(sputtering)、脉冲器件的生产成本大大降低，使该种传感器的大量应用成为激光沉积(PLD)、化学

6、气象沉积(MOCVD)和原子层沉积可能。本实验室最近成功地制作了柔性SAW器件，并(ALD)等。其中通过磁控溅射方法制备的ZnO薄膜具有将其用于温度、湿度和紫外传感器，显示了它巨大的应较高的沉积速率，低的衬底沉积温度，与基板有良好的粘附用潜力。性，工艺成本低，晶体性能好，而被广泛采用。1基于COMSOL的SAW器件仿真紫外探测器可广泛用于科研、军事、环保、医疗等领域，为了验证器件在Glass衬底上能否正常工作，同时对随着社会的发展，人们越来越关注紫外光的辐射与测量，对其性能做出预估，很有必妻对ZnO／Glass结构的器件进行紫外探测器的需求日益增长。使用ZnO可以制备高性能理论建

7、模分析。的紫外探测器，且具有很高的稳定性。本文采用基于本次研究，采用COMSOLMultiphysics4．2有限元计算Zn0／玻璃(Glass)的声表面波(SAW)器件来开发高性能的软件对ZnO／Glass结构的SAW器件进行了s11参数的仿真。收稿日期：2014-02-08基金项目：国家自然科学基金面上资助项目(61274037)36传感器与微系统第33卷为简化分析，采用了2D仿真。因SAW器件的叉指电SPA-400原子力显微镜对ZnO表面形貌进行观测，如极数量较多，可以截取