本發(fā)明涉及alscn壓電薄膜制備，更具體的說，它涉及一種用于mems傳感器的alscn壓電薄膜制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)(mems)技術(shù)的快速發(fā)展，壓電材料在mems傳感器中的應(yīng)用越來越廣泛。壓電材料是一種特殊類型的材料，它們能夠在外力作用下產(chǎn)生電壓，也能夠?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換為機(jī)械變形。這種機(jī)械能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換特性，使得壓電材料在傳感器、執(zhí)行器、能量采集器、精密測量等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

2、然而，傳統(tǒng)的壓電材料如pzt(鉛鋯鈦酸鹽)存在環(huán)境污染問題，并且在高溫環(huán)境下性能不穩(wěn)定。

3、alscn(鋁鈧氮化物)作為一種新型壓電材料，具有優(yōu)異的壓電性能、熱穩(wěn)定性和環(huán)保特性，逐漸成為mems傳感器領(lǐng)域的重要材料。然而，目前的alscn薄膜制備方法仍存在薄膜質(zhì)量不高、工藝復(fù)雜等問題，制約了其廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術(shù)問題

2、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種用于mems傳感器的alscn壓電薄膜制備方法，以解決背景技術(shù)中提到的現(xiàn)有技術(shù)中alscn薄膜制備方法仍存在薄膜質(zhì)量不高、工藝復(fù)雜等問題，制約了其廣泛應(yīng)用的技術(shù)問題，通過本發(fā)明的方法，能夠在基底上成功生長高質(zhì)量的alscn壓電薄膜，并優(yōu)化其壓電性能、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種用于mems傳感器的alscn壓電薄膜制備方法，依次包括以下步驟：基底準(zhǔn)備、薄膜沉積、退火處理、圖形化處理以及性能測試與驗證；

5、其中，薄膜沉積流程包括如下步驟：

6、s1，沉積方法：采用分子束外延(mbe)、磁控濺射或化學(xué)氣相沉積(cvd)等先進(jìn)的薄膜沉積技術(shù)進(jìn)行alscn薄膜的沉積；

7、s2，沉積參數(shù)優(yōu)化：通過實驗研究確定最佳的沉積參數(shù)，如濺射功率、氮氣流量、基底溫度和沉積時間。具體參數(shù)如：濺射功率100w-200w，氮氣流量20sccm-40sccm，基底溫度200℃-400℃。

8、s3，鋁和鈧的原子比控制：通過精確控制鋁(al)和鈧(sc)的蒸發(fā)源功率，確保alscn薄膜的成分比例和結(jié)構(gòu)均勻性，優(yōu)化壓電性能。

9、s4，沉積環(huán)境控制：在高真空環(huán)境下進(jìn)行薄膜沉積，避免雜質(zhì)污染和氧化，提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和純度。

10、退火處理流程包括如下步驟：

11、s1，高溫退火：將沉積完成的alscn薄膜在氮氣保護(hù)下進(jìn)行高溫退火處理，退火溫度為700℃-900℃，退火時間為0-2小時。

12、s2，升降溫控制：嚴(yán)格控制升溫和降溫速率，以避免薄膜開裂和基底變形，確保退火過程中薄膜的結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性。

13、s3，退火效果：退火處理顯著提高alscn薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，優(yōu)化其壓電性能和機(jī)械性能，增強(qiáng)薄膜的可靠性和使用壽命。

14、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，基底準(zhǔn)備包括如下步驟：

15、s1，基底選擇：選用硅片、藍(lán)寶石片或其他合適的基底材料，這些材料具有良好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。

16、s2，表面清潔：通過化學(xué)清洗和等離子體處理去除基底表面的有機(jī)物、無機(jī)物和氧化層，以確保表面潔凈度和活性。

17、s3，預(yù)處理：在高真空環(huán)境下進(jìn)行預(yù)熱處理，以去除殘留水分和污染物，確保基底表面的潔凈度和活性。

18、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，圖形化處理包括如下工藝：

19、s1，光刻工藝：在薄膜表面涂覆光刻膠，通過掩模版進(jìn)行曝光和顯影，精確定義傳感器的結(jié)構(gòu)圖形和電極圖形。

20、s2，刻蝕工藝：采用等離子體刻蝕或濕法刻蝕工藝，去除未被光刻膠保護(hù)的區(qū)域，形成所需的薄膜圖形。刻蝕過程中嚴(yán)格控制刻蝕速率和深度，以確保圖形的精度和一致性。

21、s3，后處理：去除光刻膠，進(jìn)行表面清潔處理，得到高精度、高可靠性的alscn壓電薄膜結(jié)構(gòu)。

22、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，性能測試與驗證包括如下步驟：

23、s1，壓電性能測試：對制備的alscn壓電薄膜進(jìn)行多項性能測試，包括壓電系數(shù)、熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。通過測試，評估薄膜在不同應(yīng)力和溫度條件下的壓電性能穩(wěn)定性和可靠性。

24、s2，mems傳感器應(yīng)用測試：將制備的alscn薄膜應(yīng)用于mems傳感器中，進(jìn)行實際工作條件下的性能測試，包括靈敏度、響應(yīng)速度和信噪比等指標(biāo)。通過測試，驗證alscn薄膜在高靈敏度、高可靠性傳感器中的應(yīng)用可行性。

25、s3，長期穩(wěn)定性測試：進(jìn)行長期穩(wěn)定性測試，評估alscn薄膜在高溫、高濕、振動等惡劣環(huán)境中的性能變化，確保其在各種應(yīng)用場景下的長期穩(wěn)定性和可靠性。

26、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，沉積參數(shù)設(shè)置：

27、a1,磁控濺射工藝：

28、濺射源：鋁(al)和鈧(sc)靶材。

29、濺射功率：鋁靶150w，鈧靶50w。

30、氮氣流量：30sccm。

31、基底溫度：300℃。

32、a2，沉積時間：2小時，確保薄膜厚度在500nm至1μm之間。

33、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，退火溫度為800℃。

34、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，退火時間為1小時。

35、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，選擇硅片(si)、藍(lán)寶石片(sapphire)或其他高熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度的基底材料?；缀穸纫话阍?00μm至1mm之間。

36、(三)有益效果

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種用于mems傳感器的alscn壓電薄膜制備方法，具備以下有益效果：

38、1.高效制備工藝：通過優(yōu)化沉積參數(shù)和退火工藝，顯著提高alscn薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和壓電性能，提供了一種適用于大規(guī)模生產(chǎn)的高效制備方法。

39、2.環(huán)保材料：采用無鉛、無毒的alscn材料，符合環(huán)保要求，避免了傳統(tǒng)壓電材料帶來的環(huán)境污染問題。

40、3.優(yōu)異的熱穩(wěn)定性：alscn薄膜具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，能夠在高溫環(huán)境下保持良好的壓電性能和機(jī)械性能，適用于各種嚴(yán)苛環(huán)境下的應(yīng)用。

41、4.廣泛的應(yīng)用前景：本發(fā)明制備的alscn壓電薄膜不僅適用于mems傳感器，還可應(yīng)用于壓電換能器、聲表面波器件、高靈敏度壓力傳感器等多個領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。

42、5、綜上所述，本發(fā)明通過系統(tǒng)優(yōu)化alscn壓電薄膜的制備工藝，顯著提升了薄膜的性能和可靠性，為高性能mems傳感器和其他壓電器件的制備提供了有力的技術(shù)支持。

技術(shù)特征：

1.一種用于mems傳感器的alscn壓電薄膜制備方法，依次包括以下步驟：基底準(zhǔn)備、薄膜沉積、退火處理、圖形化處理以及性能測試與驗證，其特征是：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于mems傳感器的alscn壓電薄膜制備方法，其特征是：基底準(zhǔn)備包括如下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于mems傳感器的alscn壓電薄膜制備方法，其特征是：圖形化處理包括如下工藝：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于mems傳感器的alscn壓電薄膜制備方法，其特征是：性能測試與驗證包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于mems傳感器的alscn壓電薄膜制備方法，其特征是：沉積參數(shù)設(shè)置：

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項權(quán)利要求所述的一種用于mems傳感器的alscn壓電薄膜制備方法，其特征是：退火溫度為800℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求3或4任意一項權(quán)利要求所述的一種用于mems傳感器的alscn壓電薄膜制備方法，其特征是：退火時間為1小時。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于mems傳感器的alscn壓電薄膜制備方法，其特征是：選擇硅片(si)、藍(lán)寶石片(sapphire)或其他高熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度的基底材料，基底厚度在500μm至1mm之間。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種用于MEMS傳感器的Al?ScN壓電薄膜制備方法。通過優(yōu)化薄膜沉積、退火處理和圖形化工藝，制備出高質(zhì)量的AlScN壓電薄膜。該方法包括基底準(zhǔn)備、薄膜沉積、退火處理、圖形化處理以及性能測試與驗證五個步驟。本發(fā)明的創(chuàng)新點在于通過系統(tǒng)優(yōu)化工藝參數(shù)，顯著提升AlScN薄膜的壓電性能、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，為高性能MEMS傳感器和其他壓電器件的制備提供了有力的技術(shù)支持。

技術(shù)研發(fā)人員：馬韜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國科華芯（江陰）半導(dǎo)體科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2