PZT厚膜的制备及电性能研究

用溶胶-凝胶法制备出锆钛酸铅(PZT)粉体,与流延胶以一定配比混合后流延成型,坯膜于1 100℃高温烧结2h得到PZT厚膜.利用XRD和SEM研究其组织结构,同时测试其相关电性能.结果表明,以10 mL流延胶中加入120 g PZT粉的配比进行流延较合适;得到厚度约为200 μm的钙钛矿结构压电厚膜无裂纹、晶粒尺寸小且分布均匀,其压电常数d33为109 pC/N.在1 kHz测试频率下,其介电常数为179,介电损耗为0.4.     

硅基PZT 热释电厚膜红外探测器的研制

在(100)单晶Si 衬底上,采用MEMS 工艺和丝网印刷方法制作了锆钛酸铅(PZT)厚膜热释电红外探测器,深入研究了PZT 厚膜材料的制备方法与器件加工工艺。采用四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液腐蚀Si 衬底制备硅杯结构。为防止Pb 和Si 相互扩散,在Pt 底电极与SiO2/ Si 衬底之间通过射频反应溅射制备了Al2O3 薄膜阻挡层。采用丝网印刷在硅杯中制备了30 m 厚的PZT 材料,并用冷等静压技术提高厚膜的致密度,实现了PZT 厚膜在850℃的低温烧结。PZT 厚膜在1 kHz、25℃下的相对介电常数与损耗角正切分别为210 和0.017,动态法测得热释电系数为1.510-8Ccm-2K-1。最后制备了敏感元为3 mm3 mm 的单元红外探测器,使用由斩波器调制的黑体辐射,在调制频率为112.9 Hz 时测得器件的探测率达到最大值7.4107 cmHz1/2W-1。     

硅基PZT铁电薄膜的制备与性能研究

用溶胶-凝胶（Sol-Gel）方法制备了硅基Pb(Zr0.53Ti0.47)O3(PZT)铁电薄膜。分析了PZT铁电薄膜的表面形貌、晶化程度、界面状态等性质。基于上述分析结果提出并实现了低温退火处理制备有PT过渡层的PZT铁电薄膜的工艺流程。测试了低温制备的PZT铁电薄膜的C-V、漏电等电性能,发现在Sol-Gel法制备PZT铁电薄膜的工艺中加入PT过渡层,有助于提高PZT薄膜的品质。     

陶瓷基片表面Au/电阻复合厚膜烧结起泡及其消除

针对以国内新研发的Au导体浆料与电阻浆料在Al_2O_3基片表面印制的Au导体/电阻复合厚膜烧结易起泡的现象,在探明起泡原因的基础上,研究了烧结温度、升温速率以及Au层厚度对复合厚膜起泡的影响,进一步优化厚膜工艺,制备出无起泡的复合厚膜。研究表明,烧成温度过高导致的玻璃相浮于复合膜层表面并结晶,烧结过程不充分和Au层厚度不足等导致不能在陶瓷基片/Au层界面形成连续的玻璃相粘结层,界面结合强度大大降低,在陶瓷基片/Au层界面易起泡。在烧结峰值温度为825℃,升温速率为40℃/min,Au导体层厚度为10μm的工艺条件下,复合厚膜与陶瓷基片结合紧密,无起泡现象。     

硅基PZT压电薄膜微传感器的结构设计和实验研究

对硅基锆钛酸铅(PZT)压电薄膜微传感器进行了结构和版图设计.根据MEMS加工工艺和标准硅基IC工艺的特点,获得了硅基PZT压电薄膜微悬臂梁结构系统工艺流程中的关键工艺技术和典型工艺条件.对PZT压电薄膜的制备和微细图形化进行了较为详细的实验研究,最后成功地制备出硅基PZT压电薄膜微传感器样品.这对集成化芯片系统的进一步发展打下了良好的实验基础.     

硅基PZT压电薄膜微传感器的结构设计和实验研究

对硅基锆钛酸铅(PZT)压电薄膜微传感器进行了结构和版图设计.根据MEMS加工工艺和标准硅基IC工艺的特点,获得了硅基PZT压电薄膜微悬臂梁结构系统工艺流程中的关键工艺技术和典型工艺条件.对PZT压电薄膜的制备和微细图形化进行了较为详细的实验研究,最后成功地制备出硅基PZT压电薄膜微传感器样品.这对集成化芯片系统的进一步发展打下了良好的实验基础.     

厚膜镍导电浆料研究

研究了厚膜镍导电浆料的制备及其烧结工艺,讨论了浆料中玻璃粉含量、烧结温度、保温时间及烧结气氛对烧结膜的附着力、方阻和可焊性的影响。结果表明:镍粉与玻璃粉的相对质量比 100/8 的厚膜镍导电浆料,在烧结温 度 750℃、保温时间 10~15 min 并有氮气保护的低氧分压烧结气氛时,可获得具有良好附着力、导电性和可焊性的膜层。     

流延法制备ZnO-V2O5-Sb2O3基压敏电阻

通过显微组织观察和电性能测试等研究了制备工艺和样品厚度对流延法制备单层方形ZnOV2O5-Sb2O3(ZnVSb)基压敏电阻的影响.在流延基础上,通过加压排胶和烧结可制得无翘曲、显微组织均匀且致密的样品.900℃、4 h烧结1 mm厚样品性能最佳:非线性系数及压敏电压分别为45 V/mm和600V/mm.样品的非线性系数随厚度的减少而降低.     

PbO和Bi_2O_3-Li_2CO_3助烧剂对Pb(Zr_(0.9)Ti_(0.1))O_3厚膜热释电性能的影响

采用丝网印刷工艺制备了Pb(Zr0.9T0.1)O3(PZT)厚膜,研究了过量PbO和Bi2O3-Li2CO3共同助烧对PZT厚膜低温烧结特性、微观结构、相构成以及介电和热释电性能的影响。结果表明:随着过量PbO及Bi2O3-Li2CO3添加量的增加,PZT厚膜的烧结温度和晶粒尺寸均逐渐降低。当PbO过量6.4%(质量分数)、Bi2O3-Li2CO3添加量为5.4%(质量分数)时,PZT厚膜可在900℃低温下致密成瓷,且其热释电系数和探测率优值均得到大幅提高;所得样品在30℃时的热释电系数为10.6×10–8C.cm–2.K–1,探测率优值为8.2×10–5Pa–1/2。     

PZT叠层厚膜陶瓷材料性能的研究

使用凝胶流延成型工艺制备了PZT85/15、PZT95/5单组分厚膜及叠层厚膜.通过和单组分厚膜的性能进行对比,分析了叠层厚膜的形貌特征及介电、铁电和热释电性能.结果表明,由PZT85/15和PZT95/5组成的叠层厚膜内部均匀致密,具有良好的介电、铁电和热释电性能,极化后的相对介电常数εr=191.5,介电损耗tan δ=0.7%(温度T=20℃,频率f=1 kHz),热释电系数在41℃时达到峰值8×10-8 C/cm2·K,此后下降不明显,从而改善了单组分厚膜相变温区过窄的缺点,达到拓宽相变温区的目的,有望在红外探测和相变换能方面得到更广泛的应用.     

MEMS兼容丝网印刷PZT压电厚膜研究

对丝网印刷PZT压电厚膜制备工艺浆料配置、印刷技术、退火条件、上下电极的选择及极化方法等进行了研究 ,并采用扫描电子显微镜 (SEM )及与之配套的能谱分析仪对制备的PZT样品的微观结构、成分进行了测试分析。结果表明 ,PZT压电厚膜的膜厚可达 10 0 μm ,印制图形分辨率在5 0 0 μm以上 ,在 80 0℃经 1h退火就可获得良好的微晶结构 ,且具有压电特性     

PZT厚膜UCPBG结构的射频天线研究

采用了丝网印刷工艺在硅片上制备了锆钛酸铅（PZT）薄膜,进行了相应的工艺分析。设计并仿真了平面光子带隙（UCPBG）结构,测试了结构的电磁参数,证实了结构的可行性,在此基础上提出了一种基于PZT厚膜工艺和平面光子带隙结构的微型射频（RF）天线结构与工艺设计。     

低温共烧陶瓷基板制备技术研究进展

对LTCC (低温共烧陶瓷 )技术的特点及应用作了评述。对目前已研究和使用过的低介电常数和低烧结温度基板材料及综合性能 ,流延浆料有机添加剂进行了对比分析。描述了流延工艺过程和烧结过程。由于对基板材料选择的任意性 ,现有流变学模型的局限性 ,以及低温液相烧结动力学过程机理尚不清晰 ,因此完整清晰地揭示LTCC工艺的物理化学过程仍需作很多工作。     

以PZT薄膜为驱动和传感的微型陀螺研制

利用压电陶瓷PZT的正反压电位效应,将PZT薄膜同时作为驱动及传感材料,设计并制造了两种新颖的以IC兼容技术制作在硅片上的压电薄膜微型陀螺。高质量的PZT薄膜是在Pt/Ti/SiO2/Si基底上以溶胶－凝胶技术铺设的。基于反压电效应,微型陀螺在其谐振频率上被输入的交流信号驱动,由其正压电效应,可检测到与转动角速度成正比的输出信号。文章分别介绍了两种微型陀螺的设计原理,详述了制作方法,并对制出的压电微型陀螺进行了检测,得到了的结果与预测结果相符。     

Polymer thick-films on silicon: a route to hybrid microsystems

The integration of polymer thick-film transducers and silicon offers a low-cost technology for the fabrication of hybrid microsystems. This paper presents a study on the feasibility and processing parameters of this integration. Selected transducer films were printed on silicon wafers covered with aluminum or various passivation layers and also on alumina for comparison. The quality of film adhesion was investigated using standard tape pull and scratch tests. Scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectra analysis were used to investigate the interface between the films and the substrates. It was found that the films did not contaminate the wafers. We also characterized the film resolution by researching the wetting behavior of the pastes and the quality of printed patterns. The influence of the substrate's thermal coefficient of expansion on the resistance of a carbon polymer film was also analyzed. The experiments showed that the same design rules can be applied on both alumina and silicon substrates. Furthermore, dry and wet methods of etching and cleaning wafers from the thick-films were assessed. An insight into the potential and limitations of the technology is developed by discussing the issues of bonding mechanism, silicon contamination and influence of substrate on the resolution, electrical properties and infrared curing of the films. A design methodology for hybrid microsystems is proposed along with a suggestion for potential applications     

铁电存储器中Pb(Zr,Ti)O_3集成铁电电容的制备

在铁电不挥发存储器 (FERAM)技术中 ,集成铁电电容的制备是关键工艺之一。文中提出一种制备集成铁电电容的改进工艺 :采用 lift-off技术在衬底样品表面淀积铁电电容 Pt/Ti下电极 ,然后用 Sol-Gel方法制备 PZT薄膜。在 PZT薄膜未析晶前 ,先将它加工成电容图形 ,再高温退火成为 PZT铁电薄膜。最后完成铁电电容 Pt上电极。与传统工艺相比 ,改进后的工艺能保持 PZT铁电薄膜与金属上电极之间良好的接触界面。测试结果表明 ,工艺条件的变动不会影响 PZT铁电薄膜的成膜和结构 ,从而可得到性能优良的铁电电容。     

适用于高品质射频集成电感的多孔硅新型衬底制备技术

提出了背向选区腐蚀生长多孔硅的集成电感衬底结构．ASITIC模拟证明，该新型衬底结构的集成电感在高频下仍具有较高的品质因子．采用此工艺，在固定腐蚀液配比的条件下，变化电流密度和阳极氧化时间,制备出了高质量的厚膜多孔硅，并测量了多孔硅的生长厚度、孔径大小和表面形貌，得出了多孔硅生长速率随阳极氧化时间和电流密度的变化关系，为背向选区腐蚀工艺制备高品质硅基集成电感奠定了理论和实验基础．     

高导热氮化硅陶瓷的快速制备和性能控制

氮化硅陶瓷力学性能优异,理论热导率高,是大功率电力电子器件的关键热管理材料。但是,高导热氮化硅陶瓷烧结温度高、保温时间长,因此制备成本居高不下,对于产业化应用不利。本研究提出了一种快速制备高导热氮化硅陶瓷的方案。以Y2O3-MgO-C作为烧结助剂,以高纯硅粉作为起始原料,通过流延成型和硅粉氮化制备素坯,在1900℃、0.6MPa保温2h制备出高导热氮化硅陶瓷。研究了C的添加量对于氮化硅陶瓷的致密化、晶相、微结构、力学性能以及热导率的影响规律。最终制备的氮化硅陶瓷密度可以达到99%以上,热导率达到98W/m·K。     

Fabrication of Microcantilever Sensors Actuated by Piezoelectric Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 Thick Films and Determination of Their Electromechanical Characteristics

The integration and the device realization of Pb(Zr, Ti)O₃ (PZT) thick films on Si substrates are known to be extremely difficult because the processing temperature of the PZT thick film is close to the melting point of Si. However, PZT thick‐film devices on Si warrant attention as they are appropriate for biological transducers; they generate large actuating forces and have a relatively high sensitivity for mass detection, especially in liquids. In this study, Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃ thick‐film cantilever devices are successfully fabricated on a Pt/TiO₂/SiN_x/Si substrate using a screen‐printing method and microelectromechanical systems (MEMS) process. Elastic and electromechanical properties such as the Young's modulus and transverse piezoelectric coefficient are determined from microstructural and electrical analyses for further mechanical study. The calculated Young's modulus of the thick film, 53.9 ± 3.85 GPa, corresponds to the resonant frequency obtained from the measured harmonic oscillation response. The transverse piezoelectric constant, d₃₁, of –20.7 to –18.8 pC N^–1 is comparable to that of a dense thin film. These values promise the possibility of determining the resonance properties of a thick‐film cantilever by designing its structure and then simulating the harmonic oscillation response. Using the PZT thick‐film cantilever, a strong harmonic oscillation with a quality (Q) factor of about 23 is demonstrated in water. The observation of strong harmonic oscillation in liquid implies the feasibility of precise real‐time recognition of biomolecules using PZT thick‐film cantilevers.     

PT种子层对PZT薄膜结晶及压电性能的影响

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在Pt/Si衬底上制备了PbTiO3 (PT)薄膜和Pb (Zrx,Ti1-x)O3(PZT)薄膜,研究了退火温度以及PT种子层对PZT薄膜结晶及压电性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,制备的PZT薄膜为纯钙钛矿结构的多晶薄膜,有PT种子层的PZT薄膜晶粒尺寸更大,(110)面取向度更高,结晶性能更好;原子力显微镜(AFM)结果表明,制备的薄膜表面形貌比较平整、均匀、无裂纹;压电力显微镜(PFM)结果表明,压电力显微镜(PFM)结果表明,有PT种子层时,PZT薄膜的平均压电系数d33为128～237 pm/V,无PT种子层时平均压电系数d33为21～29 pm/V。在升温速率为10 ℃/s的退火条件下保温10 min时,随着退火温度的升高,PZT薄膜晶粒尺寸增大,粗糙度增大,(110)面取向度升高,平均压电系数d33增大。PT种子层能够有效的改善PZT薄膜的结晶性能和压电性能。