基于PZT压电陶瓷的SiC MOSFET缓冲吸收电路

在高速关断过程中,碳化硅(silicon carbide,SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管器件呈现出严重的电压过冲和振荡,降低器件电压裕量。通常,采用缓冲吸收电路改善SiC器件的关断电压轨迹。然而,现有研究忽略SiC器件与吸收电路的交互规律和工作温度对吸收电路性能的影响,限制缓冲吸收电路的应用。针对这些问题,该文提出一种基于锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)压电陶瓷的缓冲吸收电路,分析PZT的温度特性,通过建立半桥电路与PZT缓冲吸收电路的高精度交互模型,揭示PZT缓冲吸收电路与SiC器件的耦合规律,利用特征方程-根轨迹方法,定量刻画PZT缓冲吸收电路的参数设计域。对比评估工作温度对多种缓冲吸收电路性能的影响。实验结果表明,所提设计方法能很好地抑制关断电压过冲与振荡,验证设计方法的有效性。相较于传统RC缓冲吸收电路,PZT缓冲吸收电路在工作温度发生变动后,仍然具有很好的抑制效果,且抑制效果随工作温度的上升而不断增强。为SiC功率器件的暂态稳定性分析,以及功率模块和缓冲吸收电路的集成设计,提供有益的参考。

基于PZT薄膜的高频压电式微机械超声换能器的仿真与制备

压电式微机械超声换能器(PMUT)是当前生物医学超声成像领域的研究热点.锆钛酸铅(PbZrO_(3)-PbTiO_(3),PZT)压电薄膜是近年来微机械超声换能器使用的核心压电材料.基于PZT压电薄膜,使用有限元软件COMSOL Multiphysics创建了三维有限元仿真模型,并在(0,1)模态下研究了压电薄膜结构的几何参数,其谐振频率达到222.12 MHz,有效机电耦合系数(keff)为5.13%.采用光刻和刻蚀方法制备了PZT压电薄膜的PMUT单元原型器件.该器件的空腔结构完整,谐振频率在(0,1)模态下为25.87 MHz,仿真与测试结果相似,振动模态较纯,振动位移性能较好.研究结果表明:采用PZT压电薄膜的PMUT在高分辨率、高频医学超声成像中具有较好的应用前景.

路面用PZT/沥青压电复合材料的制备及性能

以锆钛酸铅PZT-5H为压电相,沥青为基体,采用热压成型法制备0-3型PZT/沥青压电复合材料.分析了此复合材料的制备工艺、极化条件及PZT的体积分数对压电应变常数d33的影响,测试了其介电性能,并完成了动态荷载作用下压电响应的测试.结果表明:优化的制备工艺为成型压应力10MPa,成型时间3min;最佳的极化条件是极化电场强度为3kV/mm,极化时间为10min,极化温度为50℃;PZT的最佳体积分数为75%;沥青基压电复合材料的相对介电常数εr及压电应变常数d33分别为32.95和53.7pC/N,荷载响应稳态输出电压为7.2V,其储存的能量为259.2μJ.

高取向度PZT铁电薄膜的研制

用无机盐替代锆的醇盐，通过Ｓｏｌ－Ｇｅｌ方法，合成均匀、稳定的ＰＺＴ溶胶。采用Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ基片并加入ＰＴ过渡层，经快速热处理，制备出沿（１００）高度定向的ＰＺＴ陶瓷薄膜，此薄膜具有良好的铁电性能。

新型Sol-Gel技术PZT铁电厚膜的制备及电学性能研究

采用新型ｓｏｌ－ｇｅｌ技术在 Ｐｔ／Ｔｉ／ＳiO2/Si基片上制备出了厚度为 ２～６０μｍ的ＰＺＴ铁 电厚膜材料；研究了ＰＺＴ厚膜的结构及其介电、铁电性能．ＸＲＤ谱分析显示，ＰＺＴ厚膜 呈现出纯钙钛矿相结构，无焦绿石相存在．ＳＥＭ电镜照片显示，ＰＺＴ膜厚均匀一致，无裂 纹、高致密．厚度为５０μｍ的ＰＺＴ厚膜的介电常数为８６０，介电损耗为０.０３，剩余极化强度 是２５μＣ／ｃｍ２．矫顽场是４０ｋＶ／ｃｍ.

PZT铁电厚膜声纳换能器阵列的研制

对8×8元阵列锆钛酸铅(PZT)厚膜声纳换能器芯片进行了设计,对PZT铁电厚膜的微图形的刻蚀工艺及其反应机理进行了深入的研究。最后成功地刻蚀出8×8元声纳换能器图形,为进一步研制PZT厚膜声纳换能器打下了良好的基础。

PZT铁电薄膜Sol-Gel技术制备和电性能研究

以乙酸铅(Pb(CH3COO)2·3H2O)、钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)、硝酸锆(Zr(NO3)4·5H2O)替代锆醇盐为原料,通过在Pt/Ti/siO2/si基片与PZT薄膜之间引入PT种子层,采用改进的sol-gel工艺制备出无裂纹,致密性好,晶粒尺寸小且分布均匀的单一钙钛矿结构的Pb(Zr0.53Ti0.47)O3铁电薄膜.实验结果表明,具有PT种子层的PZT铁电薄膜电性能较好.经600℃热处理的具有PT种子层的PZT薄膜,在1kHz测试频率下,其剩余极化强度和矫顽场分别为20μC/cm2和59kV/cm,介电常数和介电损耗分别为385和0.030.

用溶胶-凝胶法制备钛锆酸铅(PZT)粉末

用溶胶凝胶法制备了钛锆酸铅Ｐｂ（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３（ＰＺＴ）粉末，对合成条件如溶胶制备反应的温度，反应物王丙醇锆和异丙醇钛的加入顺序进行了选择，凝胶的烧结温度和时间进行了条件实验，通过Ｘ－射线衍射和扫描电镜分析证明，最后得到的是粒径比较均匀的ＰＺＴ粉末。

PZT94/6陶瓷热释电性能

采用Ｂｙｅｒ－Ｒｏｕｎｄｙ法，在－１２０℃～＋２２５℃范围内对ＰＺＴ９４／６陶瓷热释电性进行了研究。在３５℃左右出现的热释电电流峰是由ＦＲＬ－ＦＲＨ相变引起的。利用此相变特性，可以获得较大的热释电系数，最大可达１２０×１０－８Ｃ／ｃｍ２·ｋ。

基于PZT片的智能骨料受力性能试验研究

PZT传感器在混凝土结构的健康检测中应用日益广泛。为了减小外部环境对PZT片工作性能的影响,将其放于一个小体积的混凝土砌块中并将这种新型的传感器称为智能骨料。作为一种新型的压电陶瓷传感器,中外学者对它的封装和保护方法进行了探讨,但是对其本身受力性能的研究仍然处于初步阶段。进行了智能骨料的受压和受剪静力性能试验,通过被动检测技术对骨料的破坏过程进行实时监测直到骨料外包材料破坏为止。试验结果表明:智能骨料内部压电陶瓷片尺寸是影响其抗压与抗剪能力的主要因素,骨料外包层和内部压电陶瓷片尺寸越小,其智能骨料的抗压与抗剪能力越强。智能骨料良好抗压和抗剪能力为其在工程中的应用奠定了基础。

用于微传感器中PZT压电薄膜的制备和图形化

采用溶胶-凝胶法在Si/Si3N4/Poly-Si/Ti/Pt基片上制备PZT压电薄膜,为了选择更适合微电子机械系统(MEMS)器件的压电薄膜,采用一般热处理和快速热处理对锆钛酸铅(PZT)压电薄膜进行干燥和结晶。首先,采用V(H2O):V(HCL):V(HF)=280 mL:120 mL:4drops(4滴HF溶液)配比的腐蚀液在室温下对未结晶的PZT压电薄膜进行了湿法腐蚀微细加工;然后,对图形化好的压电薄膜进行再结晶的热处理,实验结果表明这种方法可用于压电薄膜微器件的制备。

Sol-Gel法制备PZT陶瓷超细粉的研究

以乙酸铅(Pb(CH3COO)2·3H2O)、钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)、硝酸锆(Zr(NO3)4·5H2O)替代锆醇盐为原料,采用改进的Sol-Gel工艺,制备出结晶良好、化学组成精确、颗粒分散性好、粒径约为20～30nm的PZT超细粉。实验结果表明,Sol-Gel法制备的PZT粉末的合成温度比传统的固相反应法烧结温度低,在煅烧温度在550～700°C温度范围内,可制备出PZT陶瓷超细粉。

0-3型改性PZT/IPN压电复合材料的制备和性能研究

以溶胶-凝胶法制备改性PZT纳米陶瓷粉体,粉体直径50nm左右。以改性PZT陶瓷粉体为压电相,以同步法制备的互穿聚合物网络(IPN)为基体相,采用溶液混合法制备0-3型改性PZT/IPN复合材料。采用自制极化装置对复合体系进行电晕极化,极化电压为9.5kV、极化温度为100℃、极化时间为45min。对不同改性PZT含量的复合材料介电、压电性能检测结果表明:复合材料介电性能和压电性能介于有机和无机体系之间。随着PZT陶瓷含量的增加,复合材料的电性能参数逐渐接近陶瓷相。

压电陶瓷变压器材料PMMN-PZT的研究

研究了一种四元系压电陶瓷变压器材料PMMN -PZT。XRD分析证明 ,采用二步法预合成的PMMN -PZT粉料不如一步法 ;SEM分析进一步证实了一步法预合成的粉料能制成性能更好的陶瓷样品。造粒工艺对陶瓷样品的显微结构和压电性能也有重要的影响。最后制得了性能较好的PMMN -PZT压电陶瓷材料 ,其Kp=0 .5 18,Qm=3887,tanδ =0 .71% ,εT3 3 /ε0 =70 1,d3 3 =2 0 3。

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。

ITO衬底上PZT膜的性能研究

用Ｓｏｌ－ Ｇｅｌ 锆钛酸铅（ＰＺＴ） 溶胶， 在ＣＶＤ 法沉积生成的掺锡氧化铟（ＩＴＯ） ／ 玻璃衬底上旋转涂胶成膜。经快速热退火（ＲＴＡ） 处理后， 用Ｘ 射线衍射（ＸＲＤ） 测试了膜的结晶取向， 用ＲＴ６６Ａ 测试了膜的电学性能。结果表明， Ｓｏｌ－ Ｇｅｌ ＰＺＴ膜在ＣＶＤ 法生长的ＩＴＯ 衬底上能正常结晶， 但结晶温度比在Ｐｔ 衬底上略高， 结晶取向以＜ １１０ ＞ 为主取向。ＩＴＯ 衬底上厚度为０－６４ μｍ 的ＰＺＴ 膜的漏电约为５ ×１０ － ７ Ａ／ｍ ｍ２ ， 比Ｐｔ 衬底上高不到一个数量级。８ Ｖ 时膜的有效介电常数Ｋｅｆ 约１ ３８０ ， 剩余极化强度Ｐｒ＝ １３ μＣ／ｃｍ２ ， 与Ｐｔ 衬底上无明显差别。ＣＶＤＩＴＯ／ 玻璃衬底可取代昂贵的Ｐｔ 衬底作铁电薄膜的性能研究。

快速均匀沉淀法制备PZT压电陶瓷超细粉体

采用一种改进的沉淀法快速均匀沉淀法在水相体系中制备PZT95/5压电陶瓷超细粉体.以乙酸铅、氧氯化锆和钛酸丁酯为前驱物,氨水作沉淀剂,聚乙二醇作表面活性剂,通过控制合理的反应条件和热处理温度,制备出组分均一的钙钛矿相PZT粉体,采用XRD和TEM对粉体试样的物相、形貌和晶粒大小进行了表征.研究结果表明,该法制得PZT粉体在较低的温度下就可以合成亚微米级的PZT粉体,且具有工艺简单、成本低、制备周期短的特点.

Sb^(3+)和Ba^(2+)共掺杂锆钛酸铅压电陶瓷的制备与表征

以三氧化二锑、碳酸钡为掺杂原材料,采用固相烧结法制备了Sb^(3+)和Ba^(2+)共掺杂锆钛酸铅陶瓷。利用XRD、SEM、自动元件分析仪、准静态D33测量仪、精密阻抗分析仪等对介质的物相、微观形貌、机电性能进行了研究。实验结果表明,Sb^(3+)和Ba^(2+)共掺杂锆钛酸铅陶瓷具有更好的致密性,当掺杂质量分数为1%的Sb_(2)O_(3)和2%的BaO时,机电性能显著提升,相对介电常数为1854,压电系数为439.6 pC/N,机电耦合系数为66%,居里温度从398℃降至380℃。高的压电系数有利于提升锆钛酸铅所制备电子元器件的接收和发射的灵敏度。

PZT厚膜的制备及电性能研究

用溶胶-凝胶法制备出锆钛酸铅(PZT)粉体,与流延胶以一定配比混合后流延成型,坯膜于1 100℃高温烧结2h得到PZT厚膜。利用XRD和SEM研究其组织结构,同时测试其相关电性能。结果表明,以10mL流延胶中加入120g PZT粉的配比进行流延较合适;得到厚度约为200μm的钙钛矿结构压电厚膜无裂纹、晶粒尺寸小且分布均匀,其压电常数d33为109pC/N。在1kHz测试频率下,其介电常数为179,介电损耗为0.4。

用于非制冷热释电红外探测器的PZT铁电薄膜研究

采用溶胶-凝胶和射频磁控溅射相结合的方法制备了PZT铁电薄膜．用溶胶-凝胶法制备一层PZT薄膜作为籽晶层,在衬底PZT(seed layer)／Pt／Ti／SiO2／Si上用射频磁控溅射过量10％Pb的Pb(ZrxTi1-x)O3(x=0．3)陶瓷靶生长厚500nm的PZT铁电薄膜．采用在450℃预退火,575℃后退火的快速分级退火方法对PZT铁电薄膜进行热处理．PZT铁电薄膜获得了较好的热释电性能,热释电系数、介电常数、介电损耗和探测度优值因子分别为P=2．3×10-8C·cm-2·K-1,ε=500,tanδ=0．02,Fd=0．94×10-5Pa-0.5．