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      研究人員采用改良溶膠-凝膠法制備出高壓電性能的摻釩ZnO薄膜
      2021/08/16 | 作者:超聲學實驗室 樊青青 | 【 【打印】【關閉】

        為提高MEMS壓電器件的性能,國內外研究人員對ZnO壓電薄膜的制備方法進行了優化,摻雜是優化手段之一。研究表明,摻釩ZnO薄膜的壓電系數比未摻雜的高一個數量級,其壓電系數可達110pm/V。但目前國際上主要采用磁控濺射法制備摻釩ZnO壓電膜,這種方法存在摻雜不充分、不均勻、摻雜濃度難以準確控制等問題。

        為此,中科院聲學所超聲學實驗室李俊紅研究員團隊采用改良溶膠-凝膠法制備了摻釩ZnO薄膜,研究了關鍵制備參數對薄膜結構及壓電性能的影響,優化了薄膜的制備技術,明顯提高了材料的壓電性能。

        相關成果在線發表于國際學術期刊 Journal of Alloys and Compounds 。

        測試結果表明,隨著退火溫度的升高、時間的增長,薄膜的壓電性能先提高后降低,壓電系數最高可達240pm/V,是純ZnO薄膜壓電系數的約20倍。同時,與目前常用的磁控濺射法制備的ZnOV薄膜相比,采用本文的方法能使薄膜成分分布更加均勻,且摻雜更加充分,因此能更大程度地提高薄膜的壓電性能(目前已有的研究成果中,磁控濺射摻釩氧化鋅壓電薄膜的壓電系數最高為170 pm/V)。將這種高性能摻雜氧化鋅壓電薄膜應用到硅微壓電傳聲器、薄膜體聲波諧振器、壓電微機械超聲換能器、MEMS水聽器等器件中可大大提高這些器件的性能,推動這些器件在移動通訊、醫用超聲成像、水下目標探測等方面的應用。

        本研究獲得汪承灝院士的指導,以及國家自然科學基金(No.11874388, No.11474304)和中科院前沿科學重點研究項目(No. QYZDY-SSW-JSC007)資助。

        

        圖1 不同高溫退火工藝制備的ZnO:V 薄膜的X射線衍射(X-ray diffraction, XRD)譜圖(圖/中科院聲學所)

        

        圖2 不同退火工藝得到的典型壓電測試曲線(圖/中科院聲學所)

        關鍵詞:

        摻釩ZnO薄膜;壓電;溶膠-凝膠法

        參考文獻:

        FAN Qingqing, LI Dongning, LI Junhong, WANG Chenghao. Structure and piezoelectricity properties of V-doped ZnO thin films fabricated by sol-gel method. Journal of Alloys and Compounds, 829(2020) 154483. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.154483.

        論文鏈接:

        https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154483

       
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