用于微执行器的PZT压电薄膜制备与表征

摘要

本文采用溶胶凝胶法制备PZT压电薄膜，并对其晶向结构，表面形貌，介电性能进行表征。分析了退火温度、溶胶凝胶体铅含量与退火时间对钙钛矿结构形成的影响。XRD与SEM测试结果表明，旋涂铅过量30％的PZT溶胶凝胶于550℃中退火10min后，只有很小一部分焦绿石相开始转化为疏松钙钛矿结构;于600℃或者更高温度退火10min后薄膜得到完全钙钛矿结构;在退火温度大于600℃时，溶胶凝胶体中铅量过量20％可消除焦绿石相;在铅含量充足的条件下，如果退火处理时间不足也无法完全得到钙钛矿结构。退火温度越高，晶粒越大，而晶界数量减少。不同的热处理工艺制备PZT薄膜需要考虑不同的退火温度与退火时间。　　研究了PZT薄膜晶向生长的影响因素，包括热分解有机物温度、热分解膜厚度与下电极热处理条件。(100)取向度较高的PZT薄膜通过改变热分解膜的厚度得到。介电性能测试发现(100)取向度较高的PZT薄膜介电性能要优越多晶PZT薄膜。在第三章的最后提出(100)取向的柱状结构与晶向杂乱结构的生长模型。　　在本文第四章，采用溶胶凝胶法制备掺杂镱、锰、锶金属离子的PYZT、PMZT、PSZT薄膜，表征其晶向结构，极化性能与介电性能。XRD测试结果表明，掺杂镱0.01 mol的薄膜XRD衍射角大小变化较大;相比较于未经掺杂的薄膜晶向，掺杂锰和掺杂锶的薄膜晶向变得杂乱;　　掺杂镱0.01mol，0.02mol与0.03mol的薄膜介电性能测试结果表明:在LCR驱动频率为0.011kHz时，掺杂0.01mol后薄膜介电常数提高18.9％;而随着掺杂镱量增加为0.02mol和0.03mol后，薄膜介电常数开始下降;掺杂镱薄膜的P-E曲线表明薄膜的极化性能随着掺杂量的增加而降低;掺杂0.01 mol锰的薄膜介电性能与P-E曲线测试结果显示:在LCR驱动频率为0.011kHz时，掺杂0.01mol后薄膜介电常数提高31％，并且其介电损耗增加;而剩余极化强度与矫顽场强有所下降;掺杂0.02mol锶的薄膜介电性能与P-E曲线测试结果显示:在LCR驱动频率为0.011kHz时，掺杂0.02mol锶后薄膜介电常数提高12.8％，并且介电损耗增加;剩余极化强度与矫顽场强有所下降;　　最后制作了PZT薄膜压电微执行器，利用多普勒激光测振仪测试薄膜的变形幅度。对比多晶PZT压电薄膜微执行器发现，(100)方向的PZT薄膜振动幅度更大，而且抗击穿性能更为优越。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 PZT压电薄膜的研究现状与制备方法

1．3 PZT压电材料的结构与性质

1．4 论文的研究意义和研究内容

2 PZT溶胶凝胶的配制与PZT薄膜表征方法

2．1 PZT溶胶凝胶的配制

2．2 PZT溶胶凝胶的旋涂方法

2．2．1 溶胶凝胶的旋涂

2．2．2 PZT薄膜热处理步骤

2．3 PZT薄膜的表征方法

2．3．1 PZT薄膜厚度的表征方法

2．3．2 PZT薄膜晶向的表征方法

2．3．3 PZT薄膜微观形貌的表征方法

2．3．4 PZT薄膜介电性能的表征方法

2．3．5 PZT薄膜极化性能的表征方法

2．3．6 PZT薄膜振动性能的表征方法

2．4 本章小结

3 PZT薄膜的制备与表征

3．1 概述

3．2 多晶PZT薄膜的制备与表征

3．2．1 不同退火温度制得的PZT薄膜晶向与微观结构表征

3．2．1 不同退火时间制得的PZT薄膜晶向与微观结构表征

3．2．3 不同铅含量的溶液制得的P71薄膜晶向与微观结构表征

3．3 (100)取向PZT薄膜的制备与表征

3．3．1 (100)取向PZT薄膜的制备与晶向结构表征

3．3．2 (100)取向PZT薄膜的微观结构表征

3．3．3 (100)取向PZT薄膜的介电性能表征

3．3．4 (100)取向PZT薄膜的极化性能表征

3．4 PZT薄膜(100)方向择优生长机理

3．5 本章小结

4 掺杂PZT薄膜的制备与表征

4．1 概述

4．2 PYZT薄膜的制备与表征

4．2．1 PYZT薄膜的晶向结构表征

4．2．2 PYZT薄膜的极化性能表征

4．2．3 PYZT薄膜的介电性能表征

4．3 PMZT薄膜的制备与表征

4．3．1 PMZT薄膜的晶向结构表征

4．3．2 PMZT薄膜的极化性能表征

4．3．3 PMZT薄膜的介电性能表征

4．4 PSZT薄膜的制备与表征

4．4．1 PSZT薄膜的晶向结构表征

4．4．2 PSZT薄膜的极化性能表征

4．4．3 PSZT薄膜的介电性能表征

4．5 本章小结

5 压电微执行器的制作与性能表征

5．1 概述

5．2 压电微执行器的制作

5．3 压电微执行器的振动性能表征

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表学术论文情况