压电厚膜驱动的高刚度微变形镜的制备

研究制备了一种压电厚膜微变形镜,微变形镜的连续薄膜式单晶硅镜面由61单元压电厚膜致动器阵列驱动.以镜面冲程与工作频带宽为目标,对微变形镜的结构参数进行优化设计,根据优化参数采用硅微加工技术试制了61单元致动器的微变形镜.镜面、压电陶瓷与弹性支撑层厚度分别为100μm、60μm与60μm,单元间距为5mm,通光口径为40 mm.对制备的样品性能进行了测试,微变形镜在100 V电压驱动下变形量约为2.84μm,工作带宽大于10 kHz.测试结果还表明压电厚膜驱动的微变形镜拥有较高刚度,有利于提高镜面初始平面度.     

用于MEMS变形镜的双电极压电厚膜致动器

提出了一种用于MEMS变形镜的双电极驱动的压电陶瓷（PZT）厚膜致动器．采用有限元方法分析致动器变形时的应力分布情况,优化了内外圈电极尺寸,制作了61单元六边形分布的致动器阵列．测试结果表明,致动器在100V工作电压下的;中程约为6．6μm,谐振频率为58kHz,位移迟滞为8％～9％,通过采用单边电压一位移曲线的策略有效降低了位移迟滞,并进一步提出了分时驱动的电路方案．     

基于锆钛酸铅薄膜的变形镜微致动器

以锆钛酸铅（PZT）薄膜作为驱动材料,制备了变形镜的微致动器阵列．使用有限元软件对致动器进行了模拟仿真,得到了驱动器上电极尺寸、Si弹性层厚度等参数对致动器性能的影响,获得了最优化的致动器结构．以钙钛矿相的镍酸镧（LNO）作为PZT薄膜在Pt衬底上生长的缓冲层,增强了PZT薄膜的（100）取向,减小了PZT薄膜的内部应力,提高了致动器的驱动性能．最终制备出的1μm厚PZT薄膜驱动的变形镜微致动器,在10V直流电压的激励下,具有2．0μm的变形量．以PZT薄膜作为驱动材料制备的变形镜微致动器阵列,对变形镜致动器的微型化和系统集成度的提高具有重要意义．     

PZT厚膜的气雾化湿法减薄制备技术

锆钛酸铅（PZT）厚膜的制备技术是制作基于PZT厚膜的微传感器和微驱动器的关键技术之一．传统的制备方法难以兼顾厚膜制备中对厚度、性能、工艺复杂度以及成本等方面的要求,因此,提出了一种新的利用气雾化湿法减薄体材料制备PZT厚膜的技术．该技术结合传统的PZT湿法化学刻蚀方法和刻蚀雾滴的物理轰击效应,在反应中实时去除化学反应残留物,在减薄前后样品厚度均匀性几乎不变的情况下,平均刻蚀速率可达3．3μm/min,且工艺过程简单,成本低廉．实验结果表明,用该技术制备的PZT厚膜可满足微机电系统（MEMS）领域中微传感器和微致动器对于厚膜具备较高灵敏度和较大驱动能力的性能要求,     

以溶胶-凝胶法PZT薄膜为驱动的微泵研制

采用溶胶-凝胶法(sol-gel)制备技术制作了Pb(Zr,Ti)O3(PZT)压电薄膜,并以PZT薄膜为驱动制作了微泵.采用了V型微阀的微泵主要利用PZT的压电效应.针对微泵的关键结构--复合驱动膜,探索了一种Si/SiO2/Ti/Au/PZT/Cr/Au多层驱动膜结构制备方法,解决了在硅基底上制备PZT薄膜的问题,同时探讨并解决了硅各向异性刻蚀微泵的微驱动腔、单向阀的工艺问题,并通过SEM照片对V型阀和多层驱动膜进行了表征.研究结果表明,采用MEMS技术成功地完成了微驱动器的研制,得到的驱动腔硅杯平坦均匀.在V型阀微泵整体设计中需要的硅片数目少,降低了器件的复杂性,可以满足功耗低、小型化和批量生产的要求.     

溶胶-凝胶法制作PZT微驱动器的研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备了PZT压电薄膜,利用PZT的压电效应制作以PZT薄膜为驱动的V型阀微驱动器.针对微驱动器的关键结构驱动膜,探索了Si/SiO2/Ti/Au/PZT/Cr/Au多层驱动膜结构制备方法,解决了在硅基底上制备PZT薄膜的问题,同时详细探讨了硅各向异性刻蚀微驱动器的关键部件驱动腔、单向阀的工艺,解决了集成制作的V型阀微驱动器的关键工艺问题,并通过SEM照片对V型阀和多层驱动膜进行了表征.研究结果表明,采用MEMS与IC技术结合的方法成功地完成了微驱动器的研制,得到的驱动腔硅杯平坦均匀.在V型阀微驱动器整体设计中需要的硅片数目少,降低了器件的复杂性,可以满足低功耗、小型化和批量生产的要求.     

基于PZT薄膜面内极化工作的低应力压电微传声器

本文设计、制作并测试了一种基于压电PZT薄膜面内极化工作的压电微传声器.利用压电薄膜的纵向压电常数,并通过压电微传声器面内电极的设计提高电极间距,以提高压电微传声器的灵敏度.由于基于PZT薄膜的多层结构常具有很大的残余应力,通过5种不同振动膜材料与PZT薄膜的应力匹配实验,研究了降低振动膜应力的方法.结果表明,对于相同尺寸的膜片,PZT/ZrO2/LTO/Si3N4具有最小的变形,其中心处的变形(200 nm)仅为膜片PZT/ZrO2/Si3N4/SiO2中心处变形(17μm)的1%.采用体硅微加工工艺制作了具有方形振动膜(2 mm×2 mm)的压电微传声器结构,采用LTO/Si3N4多层结构作为振动膜结构,方形膜片中心的圆形结构为PZT薄膜,环形叉指结构为Au/Cr电极.压电微传声器在0.15 kHz~6 kHz频率范围内的灵敏度约为0.1 mV/Pa.     

厚膜永磁阵列微致动器的磁路研究

研究了厚膜永磁阵列微致动器中的磁场分布，并研究了永磁阵列单元几何尺寸对微致动器电磁力的影响。结果表明，厚膜永磁阵列单元高宽比和磁体单元间隔对微致动器电磁力影响较大磁徕单元高宽比为0．7是一个比较合适的尺寸。     

集成工艺中湿法刻蚀对锆钛酸铅性能的影响(英文)

通过将溶胶凝胶法制备的锆钛酸铅(PZT)在非晶态和多晶态进行刻蚀,对比未经刻蚀的PZT性能,研究了集成工艺中湿法刻蚀造成极化和耐久性能退化的机理.PZT的结晶图谱和表面形貌分析发现,湿法刻蚀中产生的非铁电成分由于具有较小的介电常数,降低了铁电材料上分担的有效测试电压,导致刻蚀后PZT极化能力的降低.未刻蚀的PZT翻转1011次后极化值损失约3%,而刻蚀后极化值减小量大于5%.随着尺寸的减小,耐久特性的降低更为明显,100μm×100μm的PZT极化值减小量约为500μm×500μm样品的3倍.高温过程中由于湿法刻蚀而产生的缺陷和空隙在PZT内部重新分布,外加电压下有更多的电子被缺陷和空隙束缚而产生内建电场并钉扎铁电畴,不同器件尺寸的PZT内部缺陷和空隙浓度的变化不同,导致耐久特性随PZT器件尺寸而不同.利用压电特性参数与极化强度的关系,可以解释湿法刻蚀对压电特性造成损伤的原因.     

压电微能量采集器PZT厚膜制备及其图形化研究

采用环氧树脂作为中间层的真空键合技术实现体材PZT与硅片键合,再利用机械化学抛光方法将PZT减薄到适当的厚度制备了PZT铁电厚膜,构成了SiO2/Si/SiO2/Epoxy/Ag/PZT/Cr/Cu形式的压电能量采集器悬臂梁结构。基于半导体光刻技术,通过湿法化学刻蚀和切片两种方法实现了PZT厚膜图形化问题,为基于体材PZT厚膜的高性能压电能量采集器的研制打下了良好的基础。