ZnO薄膜壓電微力CAMOZZI執行器研究
用MEMS技術探索制作的懸臂梁式ZnO薄膜壓電微力傳感／執行系統，具有微型化、靈敏度高，能實現CAMOZZI執行器的功能集成以及系統智能化等諸多優點。但是，由于懸臂梁式ZnO薄膜壓電微力傳感／執行系統存在懸空結構，有些工藝需要在高溫下進行，使壓電CAMOZZI執行器與CMOS電路的集成制備存在很大的困難。本文以與CMOS電路工藝兼容的ZnO薄膜壓電微力CAMOZZI執行器為研究對象，對ZnO壓電薄膜的制備及性能改進、CAMOZZI執行器的結構設計、與COMS電路工藝兼容的器件制備以及器件的性能測試四個方面進行了系統的研究。

ZnO薄膜壓電微力CAMOZZI執行器研究             探索了溶膠—凝膠技術（Sol—Gel）制備ZnO壓電薄膜的方法。深入研究了Sol—Gel法的主要工藝參數對薄膜微結構和電性能的影響規律，優化了薄膜制備工藝參數，制備了致密、無裂紋的ZnO薄膜。由于Sol—Gel法制備的純ZnO薄膜電阻率低，無法作為壓電薄膜使用。本文采用摻Mn的方法，不僅將ZnO薄膜的電阻率提高了9個數量級，使薄膜滿足了作為壓電薄膜使用時的高電阻性要求，而且將壓電薄膜的制備溫度降低為450℃。成功的采用Sol—Gel法制備了摻Mn的ZnO壓電薄膜，并基本解決了ZnO壓電薄膜與CMOS電路集成制備的溫度兼容問題。設計了兩種類型的ZnO薄膜壓電微力CAMOZZI執行器。（1）設計了一種懸臂梁結構的傳統式壓電微力CAMOZZI執行器，并建立了傳感器的力-電荷量轉換效率優化模型，優化了壓電微懸臂梁的Si層和ZnO薄膜的厚度，提高了器件的力-電荷量轉換效率。（2）設計了一種新型的體聲波諧振式微力傳感／壓電執行集成系統，建立了傳感器的力-諧振頻率偏移轉換模型。與傳統式壓電微力CAMOZZI執行器不同，此微力傳感／執行集成系統，同時具備了靜態微力測量和壓電執行功能。而且將傳感器和執行器制作在同一層壓電薄膜上，避免了雙壓電層結構式自激勵—自檢測壓電微力傳感／執行集成系統通常存在的壓電層之間復雜的場耦合問題。研究了基于Sol—Gel法制備ZnO壓電薄膜技術的壓電微懸臂梁的微加工新工藝。通過降低結構支撐層的制備溫度，進一步解決了ZnO薄膜壓電微懸臂梁和CMOS電路集成制備的溫度兼容問題；采用剝離法制備上下電極和正反兩面干法刻蝕體硅加工釋放壓電微懸臂梁的技術，解決了集成制備過程中的K~+污染和腐蝕兼容問題；分析并解決了ZnO壓電薄膜制備過程中，剝離法制備的Ti／Pt底電極反復起泡的關鍵技術難題。采用本文開發的微加工工藝，成功的制備了兩種壓電微力CAMOZZI執行器，為將來壓電微懸臂梁和CMOS電路的集成制備打下了良好的工藝基礎。測量了本文制作的兩種壓電微力CAMOZZI執行器的基本性能。結果表明，Sol—Gel法制備的摻Mn的ZnO壓電薄膜具有良好的壓電性。研制的傳統式微力CAMOZZI執行器的靈敏度和執行能力分別達到28.6fC／μN和0.042μN／V，體聲波諧振式微力傳感器的靈敏度約為8.285kHz／μN。