| 【中文题名】 | ZnO薄膜的制备与压电传感器压电结构的有限元分析 |
| 【英文题名】 | |
| 【学科专业】 | 材料物理与化学 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-11-28 |
| 【中关键词】 | 磁控溅射,氧化锌薄膜,压电传感器,有限元分析,ANSYS, |
| 【英关键词】 | Magnetron Sputtering,ZnO Thin Films,Piezoelectric Sensor,Finite Element Analysis,ANSYS, |
| 【分类导航】 | 工业技术>无线电电子学、电信技术>半导体技术>一般性问题>材料> |
| 【论文摘要】 | 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∶O_2=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10~7Ω·cm。压电系数测试仪表明制备薄膜的压电系数达到10~(-12)C／N。
对ZnO／SiO_2／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。
本论文的研究为氧化锌... |
| 【论文题纲】 |
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第一章 绪论 |
9-18 |
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1.1 ZnO薄膜的基本特性 |
9-10 |
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1.2 ZnO薄膜的应用 |
10-12 |
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1.2.1 声表面波器件 |
10 |
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1.2.2 压电传感器 |
10-11 |
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1.2.3 紫外光探测器 |
11 |
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1.2.4 气敏传感器 |
11 |
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1.2.5 压力传感器 |
11-12 |
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1.3 ZnO薄膜的制备方法 |
12-15 |
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1.3.1 金属有机化学气相沉积 |
12-13 |
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1.3.2 脉冲激光沉积 |
13 |
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1.3.3 溶胶-凝胶法 |
13-14 |
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1.3.4 磁控溅射法 |
14 |
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1.3.5 分子束外延 |
14-15 |
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1.4 压电传感器 |
15-16 |
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1.5 有限元分析 |
16 |
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1.6 本论文研究的意义、目的和内容 |
16-18 |
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第二章 ZnO薄膜的制备 |
18-29 |
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2.1 ZnO薄膜制备技术路线 |
18-19 |
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2.2 ZnO薄膜的制备原理 |
19-23 |
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2.2.1 直流反应溅射镀膜的基本原理 |
19-22 |
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2.2.2 磁控溅射原理 |
22-23 |
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2.3 ZnO薄膜的制备工艺 |
23-27 |
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2.3.1 溅射装置 |
23-24 |
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2.3.2 实验 |
24-27 |
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2.4 本章小结 |
27-29 |
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第三章 ZnO薄膜特性研究 |
29-47 |
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3.1 ZnO薄膜的特性测试方法 |
29-35 |
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3.1.1 直接测试方法 |
29-30 |
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3.1.2 间接测试方法 |
30-34 |
|
3.1.3 未来测试的可能方法 |
34-35 |
|
3.2 工艺参数对薄膜性能影响 |
35-41 |
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3.2.1 X射线衍射分析 |
35-40 |
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3.2.2 ZnO薄膜表面形貌及晶粒尺寸 |
40-41 |
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3.2.3 测试结果分析 |
41 |
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3.3 最佳工艺制备的ZnO薄膜特性表征 |
41-46 |
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3.3.1 X射线衍射谱图 |
42 |
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3.3.2 X射线光电子能谱 |
42-44 |
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3.3.3 表面形貌 |
44-46 |
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3.3.3 电阻率 |
46 |
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3.3.4 压电系数 |
46 |
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3.4 本章小结 |
46-47 |
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第四章 ZnO压电传感器结构设计及ANSYS分析建模 |
47-57 |
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4.1 压电传感器工作原理 |
47 |
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4.2 ZnO压电传感器单元结构 |
47-48 |
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4.3 ZnO压电传感器悬臂梁式结构 |
48-56 |
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4.3.1 结构描述 |
48-49 |
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4.3.2 理论分析 |
49 |
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4.3.3 ZnO薄膜有限元分析 |
49-51 |
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4.3.4 ANSYS建模及分析 |
51-56 |
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4.4 本章小结 |
56-57 |
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第五章 结论及展望 |
57-58 |
|
致谢 |
58-59 |
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参考文献 |
59-64 |
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攻读硕士期间研究成果 |
64 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.380988 |
