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研究人员采用改良溶胶-凝胶法制备出高压电性能的掺钒ZnO薄膜
2021/08/16 | 作者:超声学实验室 樊青青 | 【 【打印】【关闭】

  为提高MEMS压电器件的性能,国内外研究人员对ZnO压电薄膜的制备方法进行了优化,掺杂是优化手段之一。研究表明,掺钒ZnO薄膜的压电系数比未掺杂的高一个数量级,其压电系数可达110pm/V。但目前国际上主要采用磁控溅射法制备掺钒ZnO压电膜,这种方法存在掺杂不充分、不均匀、掺杂浓度难以准确控制等问题。

  为此,中科院声学所超声学实验室李俊红研究员团队采用改良溶胶-凝胶法制备了掺钒ZnO薄膜,研究了关键制备参数对薄膜结构及压电性能的影响,优化了薄膜的制备技术,明显提高了材料的压电性能。

  相关成果在线发表于国际学术期刊 Journal of Alloys and Compounds

  测试结果表明,随着退火温度的升高、时间的增长,薄膜的压电性能先提高后降低,压电系数最高可达240pm/V,是纯ZnO薄膜压电系数的约20倍。同时,与目前常用的磁控溅射法制备的ZnOV薄膜相比,采用本文的方法能使薄膜成分分布更加均匀,且掺杂更加充分,因此能更大程度地提高薄膜的压电性能(目前已有的研究成果中,磁控溅射掺钒氧化锌压电薄膜的压电系数最高为170 pm/V)。将这种高性能掺杂氧化锌压电薄膜应用到硅微压电传声器、薄膜体声波谐振器、压电微机械超声换能器、MEMS水听器等器件中可大大提高这些器件的性能,推动这些器件在移动通讯、医用超声成像、水下目标探测等方面的应用。

  本研究获得汪承灏院士的指导,以及国家自然科学基金(No.11874388, No.11474304)和中科院前沿科学重点研究项目(No. QYZDY-SSW-JSC007)资助。

  

  图1 不同高温退火工艺制备的ZnO:V 薄膜的X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)谱图(图/中科院声学所)

  

  图2 不同退火工艺得到的典型压电测试曲线(图/中科院声学所)

  关键词:

  掺钒ZnO薄膜;压电;溶胶-凝胶法

  参考文献:

  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.

  论文链接:

  http://www.fsy.msc297.com/10.1016/j.jallcom.2020.154483

 
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