[发明专利]一种高温稳定性电极及其制备方法

说明书

本发明属于声表面波传感器的设计领域，具体为一种高温稳定性电极及其制备方法。该高温稳定性电极从下至上依次包括：氧化铝阻挡层、氧化锌缓冲层、Pt电极、ITO保护层和氧化铝保护层；ITO保护层设置于Pt电极上，与Pt电极一起被氧化铝保护层包覆。本发明利用了ITO能在高温下能抑制Pt电极的结块现象的发生；同时，ITO在高温下具有较好的导电性，当Pt在高温下结块时，不连续的空洞会被ITO填充，有效的降低了电极的电阻率，提高了电极在高温状态下的稳定性。

技术领域

本发明属于声表面波传感器的设计领域，具体为一种高温稳定性电极及其制备方法，提供了一种ITO/Pt复合薄膜电极，改进声表面波器件电极导电特性，使其在高温下的稳定性得到改善。

背景技术

声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)是一种沿着物体表面传播的弹性波，SAW器件是利用SAW在压电衬底上的传播来处理信号的各类器件。SAW器件由压电材料基片与其表面的叉指换能器(Interdigital，IDT)组成。

压电材料是声表面波器件中的重要组成部分，它起着将电信号与声表面波相互转换的作用，并同时也作为声表面波传播的媒介。其主要的性能参数包括声表面波传播速度、机电耦合系数、传播损耗、温度系数等，而常用的压电材料基片包括压电陶瓷、压电多晶与压电单晶材料。

IDT是所有声表面波器件的关键部分，包含输入端换能器与输出端换能器两种，电信号被接收端的叉指换能器接收后，经过逆压电效应，在压电材料基片上产生出声表面波并向输出端传播。随后输出端的叉指换能器能够通过压电效应将声表面波信号转变成电信号并加以输出。

SAW器件往往会在高温环境中出现性能衰退乃至完全失效的情况，对于压电材料而言，最核心的性质就是它的压电性能，压电性能存在的情况下基片才能够正常工作。目前采用硅酸镓镧(LGS)作为高温声表面波传感器的基片，它能够在室温至熔点1470℃温度区间内保持压电性能而不发生相变，因此，LGS的出现解决了声表面波器件在高温下工作所需压电基片的问题。至此以后，叉指换能器就成了决定声表面波器件在高温下工作性能的核心因素。

研究人员门发现，较高的叉指换能器电阻会对SAW器件的性能有一定的影响，比如引起热能损耗、非均匀电压、频散以及产生激励信号的不均匀分布等现象。因此，想要在高温下获得稳定的器件性能，保持叉指换能器电极在高温下的电阻稳定性就具有十分重要的意义。一般人们都选择金属制备叉指换能器，在目前的高温声表面波器件的研究领域，Pt因其极高的熔点(1773℃)以及高温下较好的电导率而成为了高温声表面波器件领域电极材料的不二之选。但是，Pt电极长时间工作在800℃以上高温环境中仍然会发生团聚、结块等现象。目前的解决方案主要有采用多层复合电极以及在电极表面覆盖保护层等，保护层的使用能够在一定程度下抑制金属电极在高温下结块的现象，使电极表面更加平整，对于声表面波高温电极领域，在电极顶端沉积一层保护层往往使得制备的电极能够在高温下具有更好的导电稳定性。

传统的电极采用势垒层-缓冲层-电极-保护层的模式，势垒层常用Al₂O₃等，高温下衬底中的原子会向电极层扩散，使得衬底的压电性能受到影响，势垒层的作用是阻止高温下衬底中原子的扩散。缓冲层的存在能够使得生长在其上的电极有更大的晶粒尺寸，提高电极的高温稳定性。电极使用高熔点的Pt。常见的保护层多使用AlN、Al₂O₃等材料，这两种材料性质稳定、结构致密且热膨胀系数小，具有较高的杨氏模量。由于AlN本身也是一种压电材料，覆盖在电极表面在电场的驱动下能够与衬底一同振动，提高声表面波器件的性能。保护层能够在一定范围内抑制金属电极的结块，但是高温下Pt的结块导致形成的Pt不连续空洞会被保护层所填满，由于AlN、Al₂O₃是不导电的绝缘体，不能提供导电通道，这种情况下，整个电极中导电路径发生变化，电流流经的有效距离与经过的有效横截面积发生了变化，导致宏观电阻增加。

发明内容