压电器件及其制备和使用方法技术

提供了制造压电器件的方法。该方法能够包括提供基板并且在基板的第一表面上形成纳米金刚石。方法还能够包括在纳米金刚石层上沉积压电层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
已知压电器件并且在各种应用中使用压电器件。通常，这样的器件包括与硅基半导体集成为一体的压电材料层(例如，锆钛酸铅(PZT)层)并且这样的混合结构用于诸如微机电系统(MEMS)传感器和致动器、表面声波(SAW)器件和非易失性存储器器件的应用。然而，硅基器件具有诸如环境温度操作的限制以及如绝缘体与硅基板之间的界面扩散以及形成自然二氧化硅层的其它问题。某些压电器件采用金刚石结构，与硅基器件相比，其具有相对较高的热导率、较大的带隙以及较高的电阻率。此外，金刚石具有基本上较高的声波速率并且将金刚石基板与压电材料层集成为一体提供了制造可以用于高频应用的SAW器件的可能性。不幸的是，由于诸如PZT层的压电材料层与金刚石基板之间的热膨胀错配导致难以在不使用诸如钛酸钼或钛酸锶的缓冲层的情况下在金刚石基板上沉积压电材料层。特别地，难以在金刚石基板上形成钙钛矿相PZT层。通常，焦绿石PZT的形成是直接在金刚石基板上沉积的PZT层中的主要相。然而，焦绿石PZT没有展现出压电或铁电性质，从而使其不适合用于器件制造。
技术实现思路
上面的概述仅是说明性的且并不旨在以任意方式表示限制。除了如上描述的说明性方面、实施方式和特征，通过参考附图和下面的详细描述将显见其他方面、实施方式和特征。简要而言，根据一个方面，提供了一种制造压电器件的方法。该方法包括提供基板以及在基板的第一表面上形成纳米金刚石层。该方法还包括在纳米金刚石层的第一表面上沉积压电层。根据另一方面，提供了一种制造压电器件的方法。该方法包括提供金刚石基板并且在金刚石基板的第一表面上沉积锆钛酸铅层，从而锆钛酸铅是晶体钙钛矿相层。根据另一方面，提供了一种压电器件。该压电器件包括基板。在基板的第一表面上沉积有纳米金刚石层并且在纳米金刚石层的第一表面上沉积有钙钛矿压电层。根据另一方面，提供了一种使用压电器件作为表面声波器件的方法。该方法包括提供压电器件。压电器件包括基板、沉积在基板的第一表面上的纳米金刚石层和沉积在纳米金刚石层的第一表面上的钙钛矿压电层。该方法还包括在压电器件的钙钛矿压电层上沉积叉指换能器层。【附图说明】图1是制造压电器件的方法的实施方式的示例性流程图。图2是使用图1的方法制造的示例性压电器件。图3是基础硅基板上形成的NCD层上沉积的钙钛矿PZT层的示例性X射线衍射(XRD)图案。图4是基础硅基板上形成的NCD层上沉积的PZT层的示例性场发射扫描电子显微镜(SEM)图像。图5是基础硅基板上形成的NCD层上沉积的PZT层的示例性拉曼光谱。图6是基础硅基板上形成的NCD层上沉积的PZT层的示例性原子力显微镜(AFM)图像。图7是基础硅基板上形成的NCD层上沉积的PZT层的电流-电压特性的图形表示。【具体实施方式】在下面的详细说明中，参照附图，这些附图形成了本说明书的一部分。在附图中，除非上下文另行说明，否则相似的符号通常标识相似的部件。在具体说明书、附图和权利要求中描述的例示性实施方式不意味着为限制。在不脱离本文表现的主题的精神或范围的情况下，可利用其它实施方式，并且可以进行其它改变。容易理解的是，如本文总体描述的和附图例示的本公开的各个方面，可以按照各种不同的配置来布置、替换、组合和设计，其在这里是明确地设想到的。示例性实施方式一般地涉及。该技术用于将钙钛矿压电层直接沉积在金刚石基板上以形成可以用于诸如电信和感测应用的各种应用的压电器件。现在参考图1，示出了制造压电器件的方法的实施方式的示例性流程图100。在块110,提供了基板。在一个不例性实施方式中，基板包括娃。在基板的第一表面上形成纳米金刚石层(NCD)(块120)。在该实施方式中，使用诸如热丝化学气相沉积(HFCVD)和微波等离子化学气相沉积(MPCVD)技术的化学气相沉积(CVD)技术来形成NCD层。在另一实施方式中，使用直流电弧喷射反应器或燃烧反应器来形成NCD层。在某些实施方式中，NCD层包括使用高压高温(HPHT)技术形成的金刚石层。在一个不例性实施方式中，预先沉积有NCD层的基板用于压电器件。这样的NCD基板可以从诸如卢森堡的Element Six和美国的加利福尼亚的sp3DiamondTechnologies的公司在市场上获得。在一些实施方式中，能够在形成NCD层之前对基板进行蚀刻。能够以各种方式来执行蚀刻，这些方式包括利用酸进行处理。清洁后的基板然后被利用金刚石纳米颗粒来播种。播种后的基板被放置在CVD反应器中并且在CVD反应器内被使用热丝阵列加热到沉积温度。通过使得碳氢化合物和氢气(H2)的气体混合物进入CVD反应器而在加热后的基板的第一表面上化学气相沉积NCD层。碳氢化合物的示例包括甲烷、乙烷、乙炔、乙醇和甲醇。在示例性实施方式中，甲醇和氢气的气体混合物用于沉积NCD层。碳氢化合物流速通常能够为任意流速。在一个示例性实施方式中，碳氢化合物流速为大约40sCCm(标准每分钟立方厘米)至大约90sccm。氢气流速通常能够为任意流速。在一个示例性实施方式中，氢气流速为大约1500sccm至大约3000sccm。CVD反应器内的压力通常能够为任意压力。在一个不例性实施方式中，压力为大约5托(666.6IPa)至大约60托(8000Pa)。应注意的是，沉积在基板上的NCD层能够展现出与单晶金刚石基本上类似的性质。在块130,在NCD层的第一表面上沉积压电层。在一个实施方式中,压电层包括错钛酸铅(PZT)。在另一实施方式中，压电层包括钛酸锆酸镧铅(PLZT)。在该示例性实施方式中，压电层具有钙钛矿结构。如这里使用的，术语“钙钛矿结构”表示其中较大的铅(Pb)阳离子和氧阴离子一起形成用于压电性质的非中心对称结构的斜方六面体或四方结构。在该示例性实施方式中，使用脉冲激光沉积(PLD)技术在NCD层上沉积压电层。这里用于沉积压电层的PLD技术用于钙钛矿相层的沉积。在操作中，压电对象和沉积有NCD层的基板被布置在PLD室内并且暴露于激光源以沉积压电层。在该实施方式中，使用传统的固态反应来制备具有组成PbZra52Tia48O3的陶瓷对象。在某些示例性实施方式中，氧化铅(PbO)可以被添加到对象以补偿沉积和后退火处理期间的铅和氧损失。接下来，诸如氧的工作气体被引入到PLD室内并且室内的压力被保持在预定义的沉积压力。此外，PLD室内的沉积温度为大约525°C至大约600°C。沉积的压电层接下来在沉积温度被退火大约I小时。沉积层的退火增强了层的结晶性。在一个示例性实施方式中，压电层的退火时间为大约30分钟至大约2小时。图2示出了示例性压电器件200。压电器件200包括基板210和沉积在基板210的第一表面230上的纳米金刚石(NCD)层220。在该示例性实施方式中，基板210包括硅。使用本领域中已知的化学气相沉积(CVD)技术将NCD层220沉积在基板210上。基板210能够通常具有任意厚度240。在所示实施方式中，基板210的厚度240为大约100微米至大约1000微米。NCD层220能够通常具有任意厚度250。例如，NCD层220的厚度250为大约0.5微米至大约10微米。压电器件200包括直接沉积在NCD层220的第一表面270上的钙钛矿压电层260。能够使用脉冲激光沉积(PLD)技术将钙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造压电器件的方法，所述方法包括：提供基板；在所述基板的第一表面上形成纳米金刚石(NCD)层；以及在所述纳米金刚石层的第一表面上形成压电层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.28 IN 3693/CHE/20111.一种制造压电器件的方法，所述方法包括: 提供基板； 在所述基板的第一表面上形成纳米金刚石(NCD)层；以及 在所述纳米金刚石层的第一表面上形成压电层。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基板包括硅。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压电层具有钙钛矿结构。4.根据权利要求1所述的方法，其中，形成纳米金刚石(NCD)层的步骤包括使用化学气相沉积(CVD)技术。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述化学气相沉积技术包括热丝化学气相沉积(HFCVD)或者微波等离子化学气相沉积(MPCVD)技术。6.根据权利要求4所述的方法，其中，形成纳米金刚石层的步骤包括: 对所述基板进行清洁并且利用金刚石纳米颗粒在所述基板中形成晶种； 将形成有晶种的基板放置在CVD反应器中； 利用热丝阵列将所述基板加热到沉积温度；以及 通过使得碳氢化合物和氢气的气体混合物进入到所述CVD反应器中来将所述NCD层化学气相沉积到被加热的所述基板的所述第一表面上。7.根据权利要求1所述的方法，其中，沉积压电层的步骤包括使用脉冲激光沉积(PLD)技术。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述压电层包括锆钛酸铅(PZT)。9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述压电层包括钛酸锆酸镧铅(PLZT)。10.根据权利要求7所述的方法，其中，沉积压电层的步骤包括将放置在PLD室内的压电对象暴露于激光源。11.根据权利要求10所述的方法，所述方法进一步包括对所沉积的压电层进行退火。12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述PLD室内的沉积温度为大约525°C至大约600。。。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述沉积温度为大约550°C。14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述PLD室内的沉积压力为大约0.4mbar至大约 0.6mbar。15.一种制造压电器件的方法，所述方法包括: 提供金刚石基板；以及 在所述金刚石基板的第一表面上沉积锆钛酸铅(PZT)层，使得所述锆钛酸铅层是晶体钙钛矿相层。16.根据权利要求15所述的方法，其中，沉积锆钛酸铅(PZT)层的步骤包括使用脉冲激光沉积(PLD)技术。17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述金刚石基板包括使用化学气相沉积(CVD)技术形成在基底基...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·钱德兰，M·S·拉马钱德拉·劳，
申请(专利权)人：印度马德拉斯理工学院，
类型：发明
国别省市：印度;IN