PZT铁电薄膜介电性能的数字锁相测试技术

在DSP上实现的数字锁相测试系统,采用数字锁相算法来完成对信号的锁相测试。基于该系统开发出了简单、可靠、可调性好并具有较高精度的PZT铁电薄膜介电性能测试系统。实验表明,使用该系统测得的样品介电常数的相对误差小于1 %,能够满足PZT铁电薄膜制备技术以及微机电系统中器件设计对薄膜性能测试的要求。     

脉冲激光溅射及富-锆PZT薄膜的性能研究

采用脉冲激光溅射方法将PZT/YBCO沉积在LaAlO3(LAO)基底上,所选择的烧结靶材是Pb(Zr0.94Ti0.06)O3+2%Bi2O3.沉积YBCO和PZT薄膜的基底温度分别为710℃和570℃.整体结构PZT/YBCO/LAO在600℃的基底温度下退火15min.本文通过X射线衍射分析观察了薄膜的结晶状态,利用P-V曲线估计PZT薄膜的电学性质,并测量出薄膜的介电常数与频率(ε-f)以及介电损耗与频率(tanδ-f)的关系曲线.     

PZT压电薄膜微传感器的优化设计

通过经验设计出压电薄膜微传感器的基本结构，研究了压电薄膜微传感器的工作原理，选定了优化参数和优化目标；然后利用有限元软件ANSYS7.0进行优化设计，对压电薄膜微传感器的结构尺寸对其线性度和灵敏度的影响进行分析；结合微电子工艺的要求，选定了一个比较合理的结构尺寸，模拟了它的线性度和灵敏度。     

采用MOD工艺制备PZT压电薄膜及其性能的研究

文中比较详细地研究了采用金属有机化合物热分解（ＭＯＤ）法制备锆钛酸铅Ｐｂ（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３铁电薄膜的工艺及ＰＺＴ薄膜的介电性能。利用ＸＲＤ分析了薄膜的结晶过程,制得具有钙钛矿结构的ＰＺＴ薄膜铁电极有利于钙钛矿相形成,薄膜的介电温谱研究结果表明：薄膜有居里温度约为４３０℃（１ｋＨｚ）。     

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。     

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.     

微光学自适应技术中基于PZT薄膜的微反射镜工艺研究

介绍了微光学自适应技术中基于PZT(PbZrxT i1-xO3)薄膜的微反射镜单元及其制作工艺。该制作过程中用重掺杂硅片作为基底和下电极,采用了钛酸丁脂[(C4H9O)4T i]、乙酸铅[Pb(CH3COO2).3H2O]以及异丙醇锆[Zr(OCH(CH3)2 4.(CH3)2CHOH]为原料,通过溶胶-凝胶法(so l-gel)制作薄膜,薄膜厚度为纳米级。制成的PZT薄膜通过逆压电效应产生形变,对反射镜面局部进行微调,实现波前位相控制。     

基于PZT薄膜的集成式微悬臂梁结构设计与制作

设计了基于PZT压电薄膜的双层和双片压电微悬臂梁结构,利用压电材料的正压电效应和逆压电效应,通过两个压电元件实现传感和执行功能的集成.悬臂梁结构采用体硅加工工艺制作,锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3,PZT)压电薄膜采用sol-gel方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制作,压电薄膜具有完整的钙钛矿结构和(111)择优取向.为了提高悬臂梁的性能和制作成品率,对制作微悬臂梁的关键工艺进行了优化.     

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.     

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.     

脉冲激光沉积薄膜的残余应力测量

为了测量脉冲激光沉积法制备的小面积薄膜的残余应力,并解决Stoney公式在特定情况下误差较大的问题,本文提出了一种基于悬臂梁结构和数值计算的薄膜残余应力测量方法。该方法以初始曲率为零的原子力显微镜探针作为衬底梁,在衬底梁上使用脉冲激光沉积方法沉积被测薄膜,并记录衬底梁在薄膜沉积前后的翘曲形貌变化,再结合薄膜厚度、衬底梁几何尺寸、所涉及材料的杨氏模量与泊松比等其他参数,借助数值计算对实验数据进行分析,得出被测薄膜的残余应力。使用该方法测出:基于脉冲激光沉积法在高温环境下制备的二氧化钒薄膜的残余应力为-340 MPa,与文献报道的结果相符。本文提出的基于悬臂梁结构和数值计算的薄膜残余应力测量方法具有适用范围广、准确度好、实验成本低的优点。     

基于锁相放大器的全光纤式激光多普勒测速系统

为了提高激光多普勒测速系统的测量精度及其实用性,基于锁相放大器和光纤设计搭建了一套激光多普勒测速系统。该系统的优点在于,锁相放大器的引入能够放大信号并可避免杂散光影响,从而大大提高系统的信噪比;此外,利用光纤取代传统的传输与接收光路,有效避免振动、灰尘、杂散光等环境因素影响,使实验条件大大简化。利用该系统测量移动平面镜和漫射面镜的结果表明,该系统能够准确测量移动物体的速率,误差在1%以内。该系统将来可应用于在线监测活体组织的血液流速测量中。     

后处理对HfO_2薄膜光学特性及抗激光损伤阈值的影响

利用电子束蒸发技术制备了氧化铪薄膜,并分别用氧气氛下退火和激光预处理两种后处理方法对样品进行了处理。介绍了两种后处理工艺和相关的设备,测试分析了样品的透过率、吸收和抗激光损伤阈值。对比了两种后处理方法对降低吸收和提高激光损伤阈值的效果,讨论了它们的作用原理。实验结果表明,激光预处理能有效降低样品的吸收值,提高样品的抗激光损伤阈值。采用一步法(50%初始损伤阈值)预处理后,三倍频氧化铪薄膜的损伤阈值从13J/cm~2提升到15J/cm~2;采用两步法(依次50%、80%初始损伤阈值)预处理后,三倍频氧化铪薄膜的损伤阈值从13J/cm~2提升到17.5J/cm~2,损伤几率曲线整体向高通量区域平移。     

基于光纤激光器的相干多普勒激光雷达

介绍了一种基于掺铒光纤激光器的相干测速激光雷达,该雷达具有成本低、可靠性高和结构新颖的特点。雷达系统的光路完全采用通信用光纤器件构成,单模光纤耦合器用作分光器和混频器,偏振无关的光纤环形器用作光学天线收发开关,所有光路器件采用单模光纤连接。雷达系统采用频谱分析法进行鉴频获取中频信号的中心频率。研制了原理样机并进行测速试验,系统可以探测的最小速度小于0.4 mm/s,测速精度优于0.1%,输出非线性度小于70×10~(-6)。     

基于五束光的三维多普勒测振仪设计

为了实现物体的三维振动分析测量,设计了一种基于五束激光的多普勒振动测量系统.该系统将五束激光汇聚到一个焦点,并照射到被反射膜覆盖的被测物体表面,经过反射后,散射光被光电二极管接收,并进入高精度信号处理系统,分别得到五路振动信息,通过计算机处理后,可以分别解析得到包括频率和振幅的三维振动信息.实验结果表明,该系统有望被应用于高精度的无接触振动测量.     

Detecting oscillation amplitude and defects of hard disk rotating in high speed by laser Doppler technique

Laser Doppler technique is widely used in industry for the purpose of detecting vibration and oscillation. Many researchers have found that using non-contact laser vibrometry to measure surface roughness of disk under dynamic status is more difficult than that of the static condition. In this paper, we proposed a laser Doppler technique for the purpose of measuring the oscillation amplitude and defects of hard disk rotating in high speed. Laser light source, optical Doppler system, detector and data process system were integrated in our experimental system. The whole system was calibrated using a sinusoid generator. The method for converting the measured voltage signals into the corresponding size data was described in detail. It was found that the average size of defects of the hard disk in our experiment is from 1 μm to 5 μm. The developed technique may be useful for quality control in real time in mass production processes.