LiNbO3因其優(yōu)異的壓電性能和聲表面波特性而被廣泛應(yīng)用于聲表面波器件中。對(duì)LiNbO3的聲表面波特性及薄膜制備技術(shù)進(jìn)行了綜述，并著重介紹了LiNbO3/藍(lán)寶石及LiNbO3/ 金剛石多層結(jié)構(gòu)的制備、聲表面波特性的理論研究及壓電薄膜研究進(jìn)展。

1、引言

　　自從1965 年Ballman 等報(bào)道利用Caochralshi 技術(shù)成功生長(zhǎng)出LiNbO3 單晶以來(lái)，人們就對(duì)LiNbO3 性能的研究和應(yīng)用研究產(chǎn)生了濃厚的興趣。LiNbO3 材料是目前已知的具有最大自發(fā)極化強(qiáng)度和最高居里溫度的鐵電體材料，集壓電、電光、聲光、非線性光折變及激光活性等于一身，尤其是實(shí)施一些摻雜后能改變它的一些特性，是至今人們發(fā)現(xiàn)的光學(xué)性能最多，綜合指標(biāo)最好的鐵電材料，是目前公認(rèn)的“光學(xué)硅”。

　　近年來(lái)，隨著移動(dòng)通訊系統(tǒng)的高速發(fā)展，聲表面波（SAW）器件的使用頻率不斷提高。SAW 器件頻率的提高主要通過(guò)采用先進(jìn)的半導(dǎo)體平面工藝或者使用高聲速材料，然而對(duì)于傳統(tǒng)的聲表面波材料如LiNbO3 、石英等壓電晶體，由于聲速較低，在當(dāng)前的工藝條件下已無(wú)提升空間。研究表明，利用“薄膜效應(yīng)”采用高聲速的基底可以大幅度提高壓電薄膜的機(jī)電耦合系數(shù)和聲表面波傳播速度，從而可以大幅度提升SAW 器件的工作頻率，因此壓電薄膜的研究引起了人們的廣泛關(guān)注。與ZnO 和AlN 等壓電薄膜相比，LiNbO3 薄膜SAW 器件在機(jī)電耦合系數(shù)、工作帶寬、插入損耗等技術(shù)指標(biāo)上將會(huì)大幅領(lǐng)先，因而高聲速基底上LiNbO3 壓電薄膜的研究成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。到目前為止，人們已經(jīng)采用了多種鍍膜技術(shù)如脈沖激光沉積法（PLD）、磁控濺射（sputtering）、溶膠-凝膠法（sol-gel）、化學(xué)氣相外延（CVD）等在藍(lán)寶石、金剛石等基底上對(duì)LiNbO3 壓電薄膜制備及聲表面波性能進(jìn)行了研究。作者將簡(jiǎn)要介紹LiNbO3 的晶體結(jié)構(gòu)及壓電特性，然后對(duì)LiNbO3壓電薄膜的常用制備方法及研究進(jìn)展進(jìn)行詳細(xì)的論述。

2、LiNbO3的聲表面波特性

　　自1949 年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)LiNbO3 人工晶體以來(lái)，LiNbO3 材料在制備和應(yīng)用方面有了很大的進(jìn)展。壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生相對(duì)位移會(huì)產(chǎn)生極化，同時(shí)在它的2 個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷的現(xiàn)象。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去除后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。LiNbO3 具有優(yōu)異的壓電特性，它的壓電系數(shù)大，聲傳播速度高，機(jī)械品質(zhì)因素Qm 高及機(jī)電耦合系數(shù)大。LiNbO3 單晶的壓電性能及聲表面波性能如表1、表2 所列。此外，LiNbO3 還具有良好的機(jī)械加工性能，可進(jìn)行精密加工。因此，LiNbO3 是用于壓電換能器和聲表面波器件中的優(yōu)良材料。

5、結(jié)束語(yǔ)

　　LiNbO3 壓電薄膜具有優(yōu)異的聲表面波性能，將LiNbO3 壓電薄膜與藍(lán)寶石、金剛石等高聲速襯底材料結(jié)合所形成的多層結(jié)構(gòu)，將成為通信業(yè)發(fā)展所需的GHz 寬帶SAW 器件所需的首選材料，其在國(guó)防、通信及信息技術(shù)等方面都有著很大潛力和廣闊的應(yīng)用前景。尤其是金剛石薄膜具有優(yōu)良的耐熱性和很高的導(dǎo)熱性，非常適合于其他材料難以實(shí)現(xiàn)的如大功率發(fā)射極高頻濾波器等應(yīng)用。然而由于金剛石高溫易于氧化，且金剛石與LiNbO3 具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致金剛石/硅襯底上高結(jié)晶質(zhì)量c 軸LiNbO3 薄膜目前仍難以制備。相信隨著材料制備技術(shù)的提高，金剛石基LiNbO3 壓電薄膜高頻寬帶SAW 器件的應(yīng)用范圍將會(huì)越來(lái)越廣