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100μm,印制图形分辨率在500μm以上,在800℃经1h退火就可获得良好的微晶结构,且具有压电特性.     

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100μm，印制图形分辨率在500μm以上，在800℃经1h退火就可获得良好的微晶结构，且具有压电特性。     

用于能量收集器的不锈钢基PZT厚膜制备研究

采用了溶胶 凝胶技术在不锈钢基体上制备了厚为10 μm、结构致密的锆钛酸铅(PZT)厚膜。研究了不同退火条件对厚膜结晶状况的影响,X射线衍射分析表明,采用700 ℃退火处理20 min后得到了PZT厚膜的纯钙钛矿相结构。厚膜的电学性能测试结果显示,厚膜的剩余极化强度（Pr）为7.5 μC/cm2, 矫顽场强（Ec）为7.2 V/μm,压电常数（d33）为73 pC/N。设计制作了长20 mm、宽4 mm的压电悬臂梁结构振动能量收集器。输出性能测试结果显示,振动频率为95 Hz,采集器输出电压最高,输出电压值为862 mV。     

PZT铁电厚膜声纳换能器

综述了 PZT厚膜单元声纳换能器和 8× 8阵列声纳换能器的制备方法、结构和性能 ,并介绍了 PZT厚膜声纳换能器的应用及发展前景。该厚膜是利用改进的 sol- gel工艺制备的 ,厚度为 4～ 12 μm。4μm厚的 PZT厚膜的纵向压电系数 d3 3 为 140～ 2 40 p C/ N,剩余极化强度 Pr为 2 8× 10 - 6 C/ cm2 ,矫顽场强 EC为 30× 10 3 V/ cm,相对介电系数 εr为 140 0。     

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.     

MEMS微拾振器制备工艺研究

采用微机电系统(MEMS)技术制作了悬臂梁式压电微拾振器,该技术主要包括:sol-gel法制备PZT压电膜、干法刻蚀、湿法化学刻蚀、UV-LIGA等工艺。研制的拾振器悬臂梁结构尺寸为:长2000μm,宽600μm,硅膜厚度12μm,PZT压电膜厚1.5μm,Ni质量块长600μm、高500μm。测试表明其固有频率为610Hz,适合低频振动源环境的应用。在1gn加速度谐振激励下,电压输出达562mV。     

不锈钢基压电厚膜俘能器的制作与性能测试

由于硅基底断裂韧性低及压电厚膜有利于提高俘能器输出功率,因此,该文提出在304不锈钢基底上制备PZT压电厚膜俘能器。304不锈钢薄片既作为基底又作为下电极,金属Pt/Ti结构作为上电极。不锈钢基底厚为30μm,采用电流体驱动雾化沉积制备5μm厚的压电材料,通过对压电材料XRD表征,得到了在(110)晶向择优取向的钙钛矿结构。设计了长20mm、宽5mm压电悬臂梁结构俘能器。实验表明,压电俘能器的谐振频率为81Hz,当加速度为0.69 g(g=9.8m/s2)时,输出开路电压峰-峰值为1.3V;负载电阻为260kΩ时,输出功率最大(为0.758μW),对应的功率密度为3.19mW·cm-3·g-2。     

纳米级PZT颗粒制备及压电性能检测

对微米级锆钛酸铅(PZT)粉体的无水乙醇溶液进行兆赫超声处理,制备PZT纳米颗粒,将试样滴于蒸金硅片上并进行烘干处理,采用压电力显微镜观测其尺寸、表面形貌及纵向压电系数.试验结果表明,试样中微米级PZT颗粒的纵向压电系数在20～40 pm/V上下浮动,纳米级PZT颗粒纵向压电系数在2～10 pm/V上下浮动,均具有压电性能.该方法为制备厚膜压电器件提供了一种可行的技术途径.     

主动脉根部病变的外科治疗

对PZT厚膜驱动的微变形镜(DM)进行了结构优化设计.基于有限元方法(FEM),分析了结构中各个参数对变形镜性能的影响.优化结果表明,单元边长1.75 mm的驱动器,在最优参数下冲程可达2～5 μm@100 V,且加载镜面后驱动器的位移损失小于12%,带镜面负载能力强.根据优化结果制备了压电厚膜微驱动器阵列,驱动器的冲程可达4.5 μm@100 V,并与有限元方法的结果进行了分析比较.     

基于PZT压电薄膜的压力传感器工艺研究

选用敏感材料锆钛酸铅(PZT),优化微机电系统(MEMS)微加工工艺,制作了硅基PZT压电薄膜叉指式电极结构的MEMS压力传感器。在基体Au/Ti/LNO/SiO_2/Si<100>上,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法,在650℃高温下采用分层退火的方式进行退火,得到厚1.2μm的PZT压电薄膜。薄膜表面均匀,无裂纹。利用光刻工艺和低压溅射工艺得到平行叉指电极。制作完成PZT压电薄膜结构的微压力传感器,在弹性薄膜上施加压力,其电压输出性能较好,说明基于压电薄膜的叉指电极结构可行,为基于纳米纤维结构的微压力传感器的制作奠定了理论基础。     

流延硅基PZT厚膜工艺研究

研究了基于流延技术制备硅基锆钛酸铅（PZT）厚膜的工艺。考虑衬底特性对厚膜品质的影响,在不同的种子层上分别制备了PZT厚膜,测试工艺结果,证实了种子层的作用。分析了高温烧结时间对流延PZT厚膜品质的影响,确定了最优高温烧结时间。文章提出的硅基PZT厚膜工艺可用于制备射频天线的介质基片。     

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。     

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。     

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.     

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。     

高取向PZT厚膜的0-3复合法制备

采用 0 3复合法 ,在Pt/Ti/SiO2 /Si衬底上成功制备了单层厚度 0 .9μm ,总厚度 10 μm ,并且无裂纹的Pb(Zr0 .53,Ti0 .4 7)O3铁电薄膜。溶液中粉体的存在减小了加热时的体积收缩 ,降低了制备过程中膜内部产生的应力 ,从而使得单层厚度可达 0 .9μm ,防止了薄膜开裂。X射线衍射分析表明薄膜为单一钙钛矿相结构且结晶状态良好 ,采用已烧结的粉末时 ,薄膜呈〈110〉取向 ;扫描电子显微镜分析表明 ,薄膜表面无裂纹 ;介电性能测试结果显示 ,其相对介电常数可高达 115 0。为了研究粉末的状态和薄膜取向之间的关系 ,将未经烧结的未结晶的PZT粉末加入前驱溶液中 ,在相同的制备条件下 ,可得沿〈10 0〉晶向强烈取向的PZT薄膜     

用于微传感器中PZT压电薄膜的制备和图形化

采用溶胶-凝胶法在Si/Si3N4/Poly-Si/Ti/Pt基片上制备PZT压电薄膜, 为了选择更适合微电子机械系统(MEMS)器件的压电薄膜,采用一般热处理和快速热处理对锆钛酸铅(PZT)压电薄膜进行干燥和结晶.首先,采用V(H2O):V(HCL):V(HF)＝280 mL:120 mL:4drops(4滴HF溶液)配比的腐蚀液在室温下对未结晶的PZT压电薄膜进行了湿法腐蚀微细加工;然后,对图形化好的压电薄膜进行再结晶的热处理,实验结果表明这种方法可用于压电薄膜微器件的制备.     

粉末-溶胶法制备掺LaPZT0-3型厚膜

用粉末 -溶胶 0 - 3型厚膜技术制备出厚度为 10μm的 PL ZT厚膜。PL ZT超细陶瓷粉采用 sol- gel法制备 ,这样保证了其化学组分的准确 ,降低了合成温度。在 Pt底电极上 ,掺 L a PZT (PL ZT- 8/5 3/4 7)厚膜的择优取向为 [111]与 Pt的取向一致 ,而纯 PZT(PL ZT- 0 /5 3/4 7)厚膜的择优取向为 [10 0 ]。在同等工艺条件下 ,掺 L a PZT厚膜晶粒大于纯 PZT厚膜的晶粒。厚膜介电、铁电性能分别使用 HP4192 A低频阻抗分析仪和 ZT- 铁电材料参数测试仪进行测试 ,结果表明掺 L a PZT厚膜的频率特性较好 ,矫顽电场强度 Ec有显著降低。     

丝网印刷与厚膜IC技术

丝网印刷与厚膜IC技术是微电子技术的核心技术之一,IC技术是指以半导体晶体材料为基础,采用专门工艺技术组成的微小型电路或系统,分别叙述了厚膜IC与网版和厚膜IC与印墨及厚膜IC等印刷技术,简单介绍了厚膜电阻的制作工艺。     

PZT薄膜的制备及其与MEMS工艺的兼容性

用溶胶-凝胶技术在Pt/Ti/SiO2/Si上制备了PZT薄膜,并采用剥离技术与热处理的方法解决了Pt电极的图形化,在结晶热处理前,利用PZT腐蚀液对PZT进行图形化腐蚀.分别用SEM,XRD,EDX对电极和PZT薄膜的相貌、相结构以及化学组分进行了分析.结果表明:所制备的PZT薄膜具有完全的钙钛矿型结构;这种图形化的工艺方法大大改善了电极和PZT的图形化条件,在不影响电极和PZT性能的同时,提高了电极和PZT的图形质量;底电极和PZT的图形化过程,避免了强酸长时间的腐蚀,大大提高了PZT薄膜的制备与MEMS工艺的兼容性.