MEMS器件用PZT薄膜的制备及性能研究

摘要

为了采用0-3复合法制备PZT薄膜，本文先采用Sol-Gel法，制备了PZT微粉。经过大量的实验研究并结合粉体制备技术分析，掌握了利用无机盐原料及单一金属醇盐制备完全钙钛矿结构PZT微粉的优化工艺。通过XRD分析确定热处理最佳工艺条件是650℃处理2h，可得到完全的钙钛矿相，经过SEM分析测试，表明实验制备的粉体晶粒分布均匀，粒径在100nm左右。　　在传统Sol-Gel法基础上，本文提出一种改进Sol-Gel法，在Au/Ti/SiO2/Si结构上制备了PZT铁电薄膜。采用PZT溶胶与在PZT溶胶中加入PZT微粉形成的浆料并交替涂覆薄膜的方法。所获得薄膜表面平整、无裂纹，厚度为2μm。经多次重复后，还可以提高PZT薄膜的厚度。采用此方法制备的薄膜厚度大、突破了PZT薄膜的厚度的限制，并且重复性好、使PZT薄膜表面质量得到改善。　　我们对PZT薄膜的电学特性进行分析测试，发现电滞回线的对称性好，剩余极化强度为Pr=50μC/cm2，矫顽场为Ec=50Kv/cm，测得薄膜的相对介电常数随频率增大而减小，最后达到恒定值为εr=1080，介质损耗tanδ=0.35。结果表明，采用0-3复合法获得的PZT薄膜有很好的铁电特性及介电特性。　　所以，利用0-3复合法将PZT浆料与PZT溶胶交替涂覆所获得的PZT薄膜，具有表面平整、无裂纹、重复性好等的优点。同时也提高了PZT的单层最大厚度。经多次重复后，还可以提高PZT薄膜的总厚度。因此，可将采用此法制备PZT薄膜应用在MEMS系统中，解决了PZT厚度的局限性问题。

目录

文摘

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哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1 MEMS的研究概况

1.2 PZT薄膜的研究概况

1.3 Sol-Gel法概述

1.3.1 Sol-Gel法发展史

1.3.2 Sol-Gel技术的现状及应用

1.4 MEMS与PZT的集成

1.4.1概述

1.4.2制备PZT薄膜与MEMS集成需要解决的问题

1.5本论文研究的目的及主要工作

1.5.1目的与意义

1.5.2主要工作

第2章Sol-Gel法制备PZT粉

2.1 Sol-Gel技术基本原理

2.2 PZT粉的制备

2.2.1原料的选取

2.2.2 PZT粉的制备工艺及主要技术参数

2.3本章小结

第3章锆钛酸铅PZT薄膜的制备

3.1用溶胶凝胶法制备PZT薄膜的实验设备

3.2薄膜制备的工艺研究

3.2.1衬底、底电极、过渡层的选择与制备

3.2.2稳定的PZT前驱体溶液的制备

3.2.3成膜工艺的改进

3.3本章小结

第4章PZT薄膜铁电性能的研究

4.1电滞回线

4.1.1电滞回线原理

4.1.2电滞回线的测定原理

4.1.3剩余极化强度(Pr)和矫顽场强(Ec)的测定原理

4.1.4电滞回线的测量及分析

4.2介电常数

4.2.1基本原理

4.2.2介电常数的测量与分析

4.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

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