PZT薄膜的改性研究及其在微执行器中的应用

摘要

本文采用溶胶凝胶法制备PZT薄膜，研究薄膜的改性工艺及其在微执行器中的应用，表征改性后薄膜的晶向、微观结构、介电、铁电、抗疲劳和振动性能。通过研究缓冲层工艺和掺杂改性工艺对PZT薄膜生长的影响，探讨PZT缓冲层引导生长机理和掺杂改性机理。全文包括以下三个部分： （1）研究PbTiO3缓冲层和不同铅含量的PZT缓冲层对PZT薄膜生长的影响。制备含PbTiO3缓冲层的PZT薄膜，其性能测试结果表明，(100)晶向的PbTiO3缓冲层引导PZT薄膜的(100)择优取向生长，提高薄膜的(100)晶向峰强，有利于PZT薄膜形成致密的柱状钙钛矿结构。PbTiO3缓冲层使PZT薄膜的介电常数和介电损耗增大。 制备含铅过量10%~30%PZT缓冲层的PZT薄膜，其性能测试结果表明，所有薄膜均呈现为(100)择优取向的致密钙钛矿结构，PZT薄膜的(100)取向度随缓冲层中铅含量的增加而增大。缓冲层中铅过量25%时，PZT薄膜的介电常数最大，达到1571（100Hz）；缓冲层中铅过量15%时，薄膜的剩余极化强度最大，矫顽场强最小，抗疲劳性能最强。 （2）研究Nb和Nd掺杂对PZT薄膜生长的影响及热解膜厚度对Nd掺杂PZTNd薄膜生长的影响。 制备Nb掺杂浓度0%~5%的PZTNb薄膜，其性能测试结果表明，掺杂浓度为1%~4%的PZTNb薄膜均呈现为(100)择优取向的致密钙钛矿结构。Nb掺杂2%的薄膜(100)取向度最高，达到80.3%。Nb掺杂4%的薄膜晶粒尺寸明显增大，且介电常数最大，达到1412.8（100Hz），比不掺杂薄膜提高46.9%。Nb掺杂2%的薄膜抗疲劳性能得到明显改善，且剩余极化强度最大，达到14.5μC/cm2，比不掺杂薄膜提高46.5%。 制备Nd掺杂浓度0%~5%且热解膜厚度不同的PZTNd薄膜，其性能测试结果表明，热解膜厚度较薄时，PZTNd薄膜的结晶更充分，且不同掺杂浓度的PZTNd薄膜(100)晶向发生峰移现象。较厚热解膜厚度的薄膜(100)晶向峰强随掺杂浓度的增大逐渐减弱。较薄热解膜厚度薄膜的晶粒尺寸随掺杂浓度的增大而减小。掺杂2%的较薄热解膜厚度的PZTNd薄膜介电常数最大，抗疲劳性能最强。掺杂1%的较厚热解膜厚度的PZTNd薄膜剩余极化强度最大，达到20.9μC/cm2，比不掺杂薄膜提高62.0%。 （3）制作PZT压电微执行器并表征其振动性能。采用MEMS工艺制作压电微执行器，使用激光多普勒振动测试系统表征微执行器的振动性能。实验结果表明，缓冲层工艺和掺杂改性均可提高薄膜的振幅；制备的PZT薄膜驱动压电式喷墨打印头喷射液滴。

目录

第一个书签之前