[发明专利]一种Er掺杂的氮化铝压电薄膜材料

说明书

技术领域

本发明属于压电薄膜材料领域，特别涉及一种Er掺杂的氮化铝压电薄膜材料。

背景技术

氮化铝(AlN)是Ⅲ‐Ⅴ族氮化物半导体材料，属于六方纤锌矿结构，具有一系列优异的物理化学性质，如禁带宽度大(6.2ev)、高的热导率、低的热膨胀系数、高硬度、化学稳定性好、大的击穿场强和低的介电损耗、可用于高功率的微电子器件和深紫外发光电子器件，其应用前景十分广阔。此外，氮化铝(AlN)作为压电材料不仅具有高的声表面波传播速度(10400m/s)，而且与互补金属半导体(CMOS)工艺兼容，成为当前通讯业发展所需高频声表面波器件的首选材料。但由于氮化铝(AlN)压电性能与氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)相比较低，限制了氮化铝(AlN)的进一步应用。故而，如何有效提高氮化铝(AlN)的压电性能成为研究中所要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种Er掺杂的氮化铝压电薄膜材料。

为克服现有技术氮化铝薄膜材料压电性能欠佳的不足，本发明为提高氮化铝薄膜材料的压电性能采用如下技术方案：

一种Er掺杂的氮化铝压电薄膜材料，其特征在于，所述Er掺杂的氮化铝压电薄膜材料的化学式为Er_xAl_1-xN，其中，x为Er的含量，1-x为AlN的含量，x≦0.5。

本发明中Er掺杂的氮化铝压电薄膜材料可以采用反应磁控溅射法、真空蒸发镀膜法、脉冲激光沉积法等合适的薄膜制备方法制备。

本发明中Er掺杂的氮化铝压电薄膜材料在制备中所需的衬底材料为表面光滑材料；

本发明中Er掺杂的氮化铝压电薄膜材料在制备中使用的靶材可以是合金靶、镶嵌靶、双靶等。

相比现有技术，本发明的有益效果是：

本发明采用现有薄膜制备技术，在多种可选择衬底上沉积生长Er掺杂的AlN压电薄膜，在不增加工艺难度的基础上通过Er掺杂AlN后薄膜结构的改变来尽可能的提升AlN薄膜的压电性能。稀土元素Er的离子半径比Al的大，掺杂取代部分Al原子后会使晶体的晶格常数发生畸变；Er的电负性比Al小，Er的掺入使AlN中原有的纯共价键变成共价键和离子键共存的混合态；且ErN为立方相，随着Er掺杂含量的不断增加其晶体结构一定会出现六方相AlN和立方相ErN共存的过渡态。因此，Er掺杂AlN后薄膜结构的改变，从而提升AlN的压电性能。基于此，本发明具有良好的推广应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的一种Er掺杂氮化铝的压电薄膜材料的结构示意图；其中：1为衬底材料，2为Er掺杂氮化铝压电薄膜。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图，详细描述本发明的技术方案：

实施例：

一种Er掺杂的氮化铝压电薄膜材料通过射频反应磁控溅射法制备的具体步骤如下：

步骤A：预处理衬底；

本实施例采用已经经过抛光处理的硅(Si)作为衬底，用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗15分钟后，再用高压氮气吹干；

步骤B制备AlN薄膜；

B1：选择高纯铝铒镶嵌靶作为靶材，对真空腔室进行清洁处理，放入衬底材料，固定好靶材，打开真空系统；

B2：:当背底真空达到10-3Pa时，将真空腔室温度升高到200℃并保温20分钟后，通入氩气(纯度99.99％)使得其含量为2.2并维持10分钟；

B3：通入氩气(纯度99.99％)使得其含量为6.0，调节溅射功率为120W，溅射时间15分钟；

B4：调节工艺参数具体如下：溅射温度为350℃，溅射功率为150W，靶基距为65mm，工作压强为0.5Pa，通入的氩气和氮气的含量比为氩气∶氮气＝7∶4，溅射时间为120分钟。

步骤C：溅射结束后，对制得的薄膜保温1小时，待真空腔室温度温度降到50°以下关闭设备。

根据本实施例所得薄膜材料的结构如图1所示，其中，1为硅衬底材料，2为Er掺杂的AlN压电薄膜，Er掺杂的AlN压电薄膜在硅衬底材料上沉积生长。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用与限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改，等同替换和改进均应包含在本发明的保护范围之内。