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科研进展

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

来源:声学研究所发布时间:2021-08-16

  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

  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: .

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