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《大连理工大学》 2007年
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ZnO薄膜压电微力传感器/执行器研究

王敏锐  
【摘要】: 用MEMS技术探索制作的悬臂梁式ZnO薄膜压电微力传感/执行系统,具有微型化、灵敏度高,能实现传感器/执行器的功能集成以及系统智能化等诸多优点。但是,由于悬臂梁式ZnO薄膜压电微力传感/执行系统存在悬空结构,有些工艺需要在高温下进行,使压电传感器/执行器与CMOS电路的集成制备存在很大的困难。本文以与CMOS电路工艺兼容的ZnO薄膜压电微力传感器/执行器为研究对象,对ZnO压电薄膜的制备及性能改进、传感器/执行器的结构设计、与COMS电路工艺兼容的器件制备以及器件的性能测试四个方面进行了系统的研究。 1.探索了溶胶—凝胶技术(Sol—Gel)制备ZnO压电薄膜的方法。深入研究了Sol—Gel法的主要工艺参数对薄膜微结构和电性能的影响规律,优化了薄膜制备工艺参数,制备了致密、无裂纹的ZnO薄膜。由于Sol—Gel法制备的纯ZnO薄膜电阻率低,无法作为压电薄膜使用。本文采用掺Mn的方法,不仅将ZnO薄膜的电阻率提高了9个数量级,使薄膜满足了作为压电薄膜使用时的高电阻性要求,而且将压电薄膜的制备温度降低为450℃。首次成功的采用Sol—Gel法制备了掺Mn的ZnO压电薄膜,并基本解决了ZnO压电薄膜与CMOS电路集成制备的温度兼容问题。 2.设计了两种类型的ZnO薄膜压电微力传感器/执行器。(1)设计了一种悬臂梁结构的传统式压电微力传感器/执行器,并建立了传感器的力-电荷量转换效率优化模型,优化了压电微悬臂梁的Si层和ZnO薄膜的厚度,提高了器件的力-电荷量转换效率。(2)设计了一种新型的体声波谐振式微力传感/压电执行集成系统,建立了传感器的力-谐振频率偏移转换模型。与传统式压电微力传感器/执行器不同,此微力传感/执行集成系统,同时具备了静态微力测量和压电执行功能。而且将传感器和执行器制作在同一层压电薄膜上,避免了双压电层结构式自激励—自检测压电微力传感/执行集成系统通常存在的压电层之间复杂的场耦合问题。 3.研究了基于Sol—Gel法制备ZnO压电薄膜技术的压电微悬臂梁的微加工新工艺。通过降低结构支撑层的制备温度,进一步解决了ZnO薄膜压电微悬臂梁和CMOS电路集成制备的温度兼容问题;采用剥离法制备上下电极和正反两面干法刻蚀体硅加工释放压电微悬臂梁的技术,解决了集成制备过程中的K~+污染和腐蚀兼容问题;分析并解决了ZnO压电薄膜制备过程中,剥离法制备的Ti/Pt底电极反复起泡的关键技术难题。采用本文开发的微加工工艺,成功的制备了两种压电微力传感器/执行器,为将来压电微悬臂梁和CMOS电路的集成制备打下了良好的工艺基础。 4.测量了本文制作的两种压电微力传感器/执行器的基本性能。结果表明,Sol—Gel法制备的掺Mn的ZnO压电薄膜具有良好的压电性。研制的传统式微力传感器/执行器的灵敏度和执行能力分别达到28.6fC/μN和0.042μN/V,体声波谐振式微力传感器的灵敏度约为8.285kHz/μN。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TH703

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 裴志亮,谭明晖,杜昊,陈猛,孙超,黄荣芳,闻立时;ZnO:Al薄膜的组织结构与性能[J];材料研究学报;2000年05期
2 洪新华,李保国;溶胶-凝胶(Sol-Gel)方法的原理与应用[J];天津师范大学学报(自然科学版);2001年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 贾宏光;基于变比模型的压电驱动微位移工作台控制方法研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 丁卫华;Sol-Gel法制备掺Li和Mg的ZnO薄膜及其性能研究[D];浙江大学;2003年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 龙安宝;浅论膨胀土在胀缩变形过程中的应力应变状态[J];四川建筑科学研究;2003年04期
2 吴桂芳,宋学平,刘勇,林伟,孙兆奇;衬底温度对溅射硅基铜膜(Cu/Si)应力的影响研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2004年03期
3 宋学萍,王佩红,孙兆奇;退火温度对溅射Al膜微结构及光学常数的影响[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年03期
4 陈晓清,谢自力,张荣,修向前,顾书林,韩平,施毅,郑有炓;退火温度对纳米ZnO薄膜结构与发光特性的影响[J];微纳电子技术;2004年11期
5 姜政,丁桂甫,张东梅;一种快速响应双稳态热执行器的结构设计[J];微纳电子技术;2005年10期
6 明平美;胡洋洋;曾永彬;;金属Micro/Meso结构器件制造技术[J];微纳电子技术;2006年06期
7 温战华,王立,方文卿,蒲勇,罗小平,郑畅达,戴江南,江风益;退火温度对ZnO薄膜结构和发光性能的影响[J];半导体学报;2005年03期
8 朋兴平,王印月,方泽波,杨映虎;In掺杂对ZnO薄膜结构及光学特性的影响[J];半导体学报;2005年04期
9 王卫平!轨梁厂;U74重轨材料力学性能的实验分析[J];包钢科技;1998年01期
10 丁艳青,莫德举,孙延祚;一种新型数字式均速管流量计的研究[J];北京化工大学学报;1998年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 孟庆森;秦会峰;宋永刚;;功能陶瓷(玻璃)与金属材料阳极键合的机理研究及应用进展[A];2005年功能材料学术年会论文集[C];2005年
2 蔡珣;;可调的透明导电膜研究进展[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年
3 孙福来;谭红琳;;溶胶-凝胶法制备ZnO:Al导电薄膜的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
4 陈异;监德均;陈强;肖定全;朱建国;;(1-x)BiScO_3-xPbTiO_3铁电陶瓷的制备与性能研究[A];四川省电子学会传感技术第九届学术年会论文集[C];2005年
5 何平;;纳米电子膜热加工可拓控制技术[A];第二十四届中国控制会议论文集(下册)[C];2005年
6 孙秀山;岑章志;刘应华;;固体力学计算方法的发展[A];第二届全国力学史与方法论学术研讨会论文集[C];2005年
7 王海霞;唐祯安;高仁璟;金仁成;郭文泰;;集成温度传感器AD590在气压测量中的应用[A];中国传感器产业发展论坛暨东北MEMS研发联合体研讨会论文集[C];2004年
8 周岩;高杨;杨宁;;高压开关柜触头温度在线监测技术综述[A];中国仪器仪表学会第九届青年学术会议论文集[C];2007年
9 杨晓君;邢彦军;戴瑾瑾;;溶胶-凝胶法制备抗菌织物的研究[A];第六届全国印染后整理学术研讨会论文集[C];2005年
10 崔媛媛;田文杰;鄂然;;单基三电极石英晶体谐振器频率-温度特性研究[A];第十届全国敏感元件与传感器学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 熊木地;大行程亚微米精度激光直写设备定位技术的研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年
2 蒋亚东;电子聚合物气、湿敏特性及机理研究[D];电子科技大学;2001年
3 范志新;电子薄膜材料最佳掺杂含量的理论研究[D];河北工业大学;2002年
4 徐显广;新疆莫北油田砂砾岩油藏随钻跟踪地质目标钻井技术研究[D];西南石油学院;2001年
5 李晓云;金属膜电阻器稳定性的研究[D];天津大学;2003年
6 王之建;非晶态、晶态ZnO量子结构组装及光学特性研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
7 董树荣;微波介质陶瓷薄膜的研究[D];浙江大学;2003年
8 万力;杂交应力元的研究及其与MSC/PATRAN的集成[D];浙江大学;2002年
9 白永林;超高密度光盘存储关键技术的研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2003年
10 严群;稀土氧化物及纳米氧化锌掺杂压敏材料的制备及机理研究[D];四川大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张春野;有机凝胶—热分解法制备尖晶石型铁氧体纤维[D];江苏大学;2007年
2 闫肃;开关类AC/DC电压变换PWM芯片的设计[D];北方工业大学;2008年
3 袁晓伟;便携式产品中白光LED驱动电路的设计[D];北方工业大学;2008年
4 付晶晶;医用脉搏数据采集系统芯片的设计[D];北方工业大学;2008年
5 王海霞;适用于SOC式微气压测试仪的基础研究[D];大连理工大学;2005年
6 王三德;纳米银溶胶中热弹光声信号的特性及液体中光穿透效应时声波的影响[D];陕西师范大学;2000年
7 樊敏;IgG敏感膜石英晶体免疫传感器的研究及其便携式测试仪的研制[D];中国科学院电子学研究所;2000年
8 周慎平;用不同配比度的预烧粉末和陶瓷靶在Ag、Au、Pt底电极上溅射制取PZT铁电薄膜的研究[D];暨南大学;2000年
9 魏欢;SiGe异质结双极晶体管及其集成电路的研究[D];北京工业大学;2000年
10 黄创军;以SiCl_4为气源用PECVD方法低温沉积多晶硅薄膜[D];汕头大学;2001年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱孝信;超微细粉末材料的发展[J];材料开发与应用;1998年05期
2 郭敏,刁鹏,蔡生民;水热法制备高度取向的氧化锌纳米棒阵列[J];高等学校化学学报;2004年02期
3 冯改山;超细粉生产技术的新发展[J];硅酸盐通报;1993年02期
4 杨南如,余桂郁;溶胶-凝胶法简介第一讲——溶胶-凝胶法的基本原理与过程[J];硅酸盐通报;1993年02期
5 黄晖,苗鸿雁,罗宏杰,姚熹;水热法制备薄膜技术[J];硅酸盐通报;2002年06期
6 倪星元;平面磁控溅射氧化锌(ZnO)薄膜的几个问题[J];硅酸盐通报;1996年05期
7 陈元春,艾兴,黄传真;溶胶-凝胶法制作陶瓷涂层硬质合金刀具[J];硅酸盐学报;2000年04期
8 李泉,曾广赋,席时权;纳米粒子[J];化学通报;1995年06期
9 贺洪波,范正修,姚振钰,汤兆胜;GaN蓝光材料新型ZnO/Si外延衬底的溅射沉积[J];中国科学E辑;2000年02期
10 王刚,徐颖,张传英;一种三维微位移操作器[J];机械设计;2000年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 史金涛;溶胶凝胶法Sb掺杂SnO_2薄膜的制备、性能及新型节能镀膜玻璃的研究[D];浙江大学;2002年
2 施永明;二氧化钛固溶体的制备及性能研究[D];浙江大学;2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郝震宏;汤亮;乔东海;汪承灏;;硅微压电超声换能器的设计与制作[J];传感技术学报;2006年05期
2 张柏顺,刘江华,江娟,梁坤,章天金;外延ZnO压电薄膜的声表面波特性分析[J];湖北大学学报(自然科学版);2003年02期
3 杨楚威,黄歆,李俊红,解述,魏建辉,马军,汪承灏;硅微ZnO压电薄膜传声器的研制[J];应用声学;2003年05期
4 章天金,顾豪爽;应用射频磁控溅射方法制备声表面波器件用ZnO薄膜[J];湖北大学学报(自然科学版);2002年03期
5 ;超小型炮瞄雷达距离零位校准器研制成功[J];压电与声光;1987年04期
6 ;[J];;年期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 王孟娇;郝震宏;乔东海;;40kHz硅微压电超声接收换能器的研制[A];第三届全国压电和声波理论及器件技术研讨会论文集[C];2008年
2 汤亮;郝震宏;齐敏;孙泉;乔东海;;射频磁控溅射法制备ZnO压电薄膜及其性能分析[A];2010’中国西部声学学术交流会论文集[C];2010年
3 章天金;顾豪爽;;外延ZnO压电薄膜的声表面波特性分析[A];湖北省物理学会、武汉物理学会成立70周年庆典暨2002年学术年会论文集[C];2002年
4 林煌;袁洪涛;童强;张阳;张跃;;MOCVD制备定向生长ZnO压电薄膜[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
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1 王敏锐;ZnO薄膜压电微力传感器/执行器研究[D];大连理工大学;2007年
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