压电PZT薄膜上超细电极的制备

压电PZT薄膜具有横向压电系数大,与MEMS工艺兼容性高等优点,在制作以压电PZT薄膜为核心的MEMS器件,如压电应力光开关时,需要将电极宽度缩小至10μm,甚至5μm,但长度仍需保持在8000μm,电极长宽比达1600:1.针对目前MEMS器件应用需求,提出使用双层光刻胶剥离法来实现超细电极的制备,使用溶胶凝胶法制备压电PZT薄膜作为电极沉积衬底,研究了电极剥离的工艺流程并对电极进行性能测试.结果表明,双层光刻胶剥离法可以在溶胶凝胶法制备的压电PZT薄膜上制备长8000μm、宽5μm的电极,电极剥离完全,图形完整,可以实现双端导通.     

压电PZT薄膜上超细电极的制备

压电PZT薄膜具有横向压电系数大,与MEMS工艺兼容性高等优点,在制作以压电PZT薄膜为核心的MEMS器件,如压电应力光开关时,需要将电极宽度缩小至10μm,甚至5μm,但长度仍需保持在8000μm,电极长宽比达1600:1.针对目前MEMS器件应用需求,提出使用双层光刻胶剥离法来实现超细电极的制备,使用溶胶凝胶法制备压电PZT薄膜作为电极沉积衬底,研究了电极剥离的工艺流程并对电极进行性能测试.结果表明,双层光刻胶剥离法可以在溶胶凝胶法制备的压电PZT薄膜上制备长8000μm、宽5μm的电极,电极剥离完全,图形完整,可以实现双端导通.     

退火制度对PZT铁电薄膜性能的影响

铁电薄膜的性质对于硅基MEMS器件有重要的影响,鉴于此本文尝试通过改善退火工艺以提高PZT薄膜的铁电和压电性质.采用溶胶凝胶法,在Si/SiO2/Ti/Pt衬底上制备了PZT铁电薄膜.实验中,采用一次退火工艺和每层退火工艺制备了两种PZT薄膜,采用XRD对薄膜的晶体结构进行分析,通过C-V和I-V特性的研究发现,每层退火工艺有助于提高PZT薄膜的C-V性质,并降低漏导电流.     

集成铁电器件中的关键工艺研究

对集成铁电器件中的关键工艺进行了研究,采用改进的溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了高品质、(110)择优取向的锆钛酸铅(PZT)铁电薄膜,成功的利用离子束刻蚀(IBE)、反应离子刻蚀(RIE)和湿法腐蚀方法对PZT薄膜进行了刻蚀加工,采用正胶剥离和干法刻蚀工艺实现了金属铂(Pt)电极图形,为集成铁电器件的实现提供了良好的工艺基础.     

基于石英基底的PZT薄膜制备研究

研究了在石英基底上制备PZT薄膜,通过在石英基底上制备氮化硅沉积层来改善PZT薄膜质量。运用PECVD技术在石英基底上制备氮化硅沉积层,使用溶胶-凝胶法在沉积层上制备锆钛酸铅(PZT)薄膜,并对PZT薄膜的性能进行了表征。氮化硅沉积层的厚度选为500 nm,PZT薄膜的制备厚度选为1μm,对PZT薄膜的晶向、漏电流、介电性能和铁电性能进行了表征,结果表明在拥有氮化硅沉积层的石英基底上能够制备出性能优良的PZT薄膜。     

PT/PZT/PT薄膜微力传感器

提出了一种基于PT/PZT/PT压电薄膜微悬臂梁结构的微力传感器.运用Sol-Gel(溶胶-凝胶)法制作了PT和PZT薄膜,采用X射线衍射技术表征了PZT和PT/PZT/PT两种薄膜的成相特征,用阻抗分析仪测试了PZT和PT/PZT/PT薄膜的介电常数.结果表明,在PZT薄膜退火温度同为600℃时,PZT和PT/PZT/PT薄膜均为完整的钙钛矿结构,而且PT/PZT/PT薄膜沿(100)晶向强烈取向;在测试频率为1 kHz时,经600℃热处理条件下制备的PZT和PT/PZT/PT薄膜的相对介电常数分别为525和981.最后应用MEMS工艺制作了基于PT/PZT/PT压电薄膜微悬臂梁结构的微力传感器.在静态和准静态下对微力传感器的传感特性进行了测试.测试结果表明,力与位移或电荷具有良好的线性关系.两种尺寸微力传感器的灵敏度分别为0.045 mV/μN和0.007 mV/μN,力分辨率分别为3.7 μN和16.9μN,满足了微牛顿量级微小力的测量.     

基于硅基PZT微力传感器标定系统的初步研究

采用双晶片探头和电子天平对PZT微力传感器进行静态力标定,进而利用双晶片探头和电荷放大器对PZT微力传感器进行准静态标定,微小信号检测通过锁相放大器来实现.PZT薄膜在基体Pt/Ti/SiO2/Si<100>上用溶胶-凝胶法制备,然后在600℃下退火.PZT微力传感器完全由MEMS体硅加工工艺来实现.     

基于激光多普勒技术的PZT薄膜压电性能测试研究

应用基于激光多普勒技术的微小形变分析方法,并引入数字锁相技术,成功实现了PZT(Pb(Zr,Ti)O₃)铁电薄膜的压电性能测试。对商用压电陶瓷在小信号激励下的压电性能测试表明,数字锁相技术的引入能有效抑制系统噪声,并提高激光多普勒系统的位移检测分辨率,使其达到皮米量级。此外,研究了用溶胶-凝胶技术和溶胶-电雾化技术制备得到的PZT薄膜的电压-位移曲线和压电位移"蝴蝶线",实验结果表明:在5 V直流偏置下测得两种方法制备得到的PZT薄膜的d₃₃压电系数分别为218.7 pC/N和215.8 pC/N,相应的标准偏差分别为12.7和28.6。     

压电传感器材料的铁电特性研究

本文采用溶胶-凝胶工艺制备了不同Mn离子掺杂浓度的PZT薄膜.研究了不同掺杂浓度对压电传感器薄膜铁电特性的影响.试验结果表明当Mn离子含量较少时,Mn在PZT中主要表现施主掺杂特性,薄膜铁电性能提高;而当浓度增大时,薄膜性能降低.     

MEMS兼容PZT压电厚膜的性能测试

丝网印刷法制备PZT厚膜工艺与MEMS技术兼容.通过调整PZT印刷浆料粘度,并采取多次套印、多次退火及合理的烧结工艺,在硅膜片上获得了较致密的PZT厚膜.采用悬臂梁方法对制备的Ag/PZT/SiO2/n+Si结构复合压电厚膜进行了直接测试,结果表明PZT压电厚膜的压电常数d31可达70×10-12m/V,以此方法制备的压电厚膜适合作为MEMS执行器的微驱动元件.