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.     

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。     

PZT厚膜与Si衬底互扩散阻挡层研究

在Pt/Ti/SiO2/Si基片上,利用电泳沉积制备PZT热释电厚膜材料.为防止Pb和Si互扩散,在Pt底电极与SiO2/Si衬底间通过直流磁控溅射制备了TiOx薄膜阻挡层.对具有0、300 nm和500 nm TiOx阻挡层的PZT厚膜材料用SEM和能量色散谱仪(EDS)表征了Pb和Si互扩散情况,用动态热释电系数测量仪测试了热释电系数.结果表明,当TiOx阻挡层为500 nm时,可阻挡Pb和Si互扩散,热释电性能最好.热释电系数p=1.5×10-8 C·cm-2·K-1,相对介电常数εr=170,损耗角正切tanδ=0.02,探测度优值因子Fd=1.05×10-5pa-0.5.     

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。     

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。     

硅基PZT薄膜的制备与刻蚀工艺研究

采用溶胶－凝胶（Sol-Gel）法制备了PZT薄膜,在600℃的退火温度下即获得了晶化完善的钙然矿铁电相结构。采用典型的半导体光刻工艺,利用HCl/HF刻蚀溶液成功地获得刻蚀线条分辨率达微米量级的PZT薄膜微图形。较好的解决了有关PZT薄膜制备与加工中存在的关键问题,为硅基铁电薄膜器件的实现奠定了良好的工艺基础。     

多孔PZT的制备与性能研究

用传统造孔剂燃烧工艺(BURPS)法,以碳化淀粉造粒后为造孔剂,制备了不同孔率的锆钛酸铅(PZT)陶瓷,研究了孔隙率随造孔剂量变化规律,并对其介电性能和压电性能与孔隙率的关系进行了讨论.随着孔隙率的增加,材料介电常数降低和压电系数(d33)均减小,而材料的静水压压电系数、静水压电压常数 (gh)、静水品质因数均增加.结合其微观结构初步讨论了产生影响的原因,并讨论了多孔PZT做水下超声应用的可行性.     

Sol-Gel法制备PZT陶瓷超细粉的研究

以乙酸铅(Pb(CH3COO)2·3H2O)、钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)、硝酸锆(Zr(NO3)4·5H2O)替代锆醇盐为原料,采用改进的Sol-Gel工艺,制备出结晶良好、化学组成精确、颗粒分散性好、粒径约为20～30nm的PZT超细粉。实验结果表明,Sol-Gel法制备的PZT粉末的合成温度比传统的固相反应法烧结温度低,在煅烧温度在550～700°C温度范围内,可制备出PZT陶瓷超细粉。     

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10μm,并且无裂纹的Pb(Zr0.53,Ti0.47)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1150.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〈100〉晶向强烈取向的PZT薄膜.     

PZT铁电厚膜声纳换能器阵列的研制

对8×8元阵列锆钛酸铅(PZT)厚膜声纳换能器芯片进行了设计,对PZT铁电厚膜的微图形的刻蚀工艺及其反应机理进行了深入的研究。最后成功地刻蚀出8×8元声纳换能器图形,为进一步研制PZT厚膜声纳换能器打下了良好的基础。     

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.     

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。     

Transformation process of laser ablated PZT thin films

Transformation behavior of piezoelectric lead zirconate titanate (PZT) thin films prepared by laser ablation on unheated Al₂O₃ substrates was investigated within a broad temperature region. As-deposited films were mainly amorphous containing some microcrystalline perovskite and pyrochlore phases. The rhombohedral perovskite was the main phase in the films annealed between 500 and 800°C. These films also contained some pyrochIore, PbTiO₃, PbO, and ZrO₂. The PbO and ZrO₂ disappeared in the optimal annealing temperature interval of 700 to 800°C. Decomposition reactions took place above 800°C due to evaporation of lead and diffusion reactions occurred between substrate and film so that the films annealed at 1100°C consisted of ZrO₂, TiO₂, and PbO.     

PZT薄膜微图形的制作精度的研究

采用典型的半导体光刻工艺用ＢＨＦ／ＨＮＯ３溶液成功地刻蚀了ＰＺＴ（５２／４８）薄膜。研究了薄膜的微观结构对微图形的制作精度的影响。结果表明，在薄膜中晶粒团聚区域和周围区域的刻蚀速率存在着差异，晶粒小的薄膜有利于获得高保真的从掩膜到薄膜的图形转移，晶粒团聚区域的尺寸基本决定了图形转移的误差。     

基于压电陶瓷的风机叶片模型覆冰主动监测

南方山区高湿低温严酷环境易导致冰灾,风机叶片覆冰会导致发电效率降低甚至停机,因此发展高效可靠的风机叶片覆冰监测技术对防冰、除冰具有重要意义。该文提出了一种基于压电陶瓷应力波测量的风机叶片覆冰主动监测方法。开展叶片模型进行模拟覆冰试验,在叶片表面布置伸缩型和剪切型两种压电陶瓷片,根据波动法原理对驱动器输入正弦扫频电压信号作为激励,记录不同传感器在不同结冰厚度下的响应信号,并对测量信号进行小波包能量分析。结果表明,同一压电陶瓷片接收信号的小波包能量与结冰厚度存在明显关系。