PT/PZT/PT薄膜微力传感器

提出了一种基于PT/PZT/PT压电薄膜微悬臂梁结构的微力传感器。运用Sol-Gel(溶胶-凝胶)法制作了PT和PZT薄膜,采用X射线衍射技术表征了PZT和PT/PZT/PT两种薄膜的成相特征,用阻抗分析仪测试了PZT和PT/PZT/PT薄膜的介电常数。结果表明,在PZT薄膜退火温度同为600℃时,PZT和PT/PZT/PT薄膜均为完整的钙钛矿结构,而且PT/PZT/PT薄膜沿(100)晶向强烈取向;在测试频率为1 kHz时,经600℃热处理条件下制备的PZT和PT/PZT/PT薄膜的相对介电常数分别为525和981。最后应用MEMS工艺制作了基于PT/PZT/PT压电薄膜微悬臂梁结构的微力传感器。在静态和准静态下对微力传感器的传感特性进行了测试。测试结果表明,力与位移或电荷具有良好的线性关系。两种尺寸微力传感器的灵敏度分别为0.045 mV/μN和0.007 mV/μN,力分辨率分别为3.7μN和16.9μN,满足了微牛顿量级微小力的测量。

PT/PZT/PT铁电薄膜的铁电畴和畴壁

用sol-gel法制备出了具有良好铁电性、纯钙钛矿结构的PbTiO3/Pb(Zr0·3Ti0·7)O3/PbTiO3(PT/PZT/PT)新型夹心结构铁电薄膜.用扫描力显微镜(SFM)的压电响应模式获得了薄膜铁电畴的垂直于膜平面方向(OPP)、膜平面内(IPP)及OPP的相位和幅度图像,结合理论分析指出薄膜的电畴主要由c畴和偏离垂直于膜平面方向上的c畴构成,薄膜取向的复杂性导致了复杂的畴结构.对于[111]取向的薄膜,当偏离垂直于膜平面方向上的c畴在垂直膜平面方向和面内方向都相反时构成180°的畴壁,在垂直膜平面方向上相同、面内方向相反或由垂直膜平面方向上相反、面内方向相同时构成90°畴壁.

PT种子层对微力传感器性能的影响

为了提高微牛顿量级微力传感器的灵敏度,比较了有PT种子层和无PT种子层的PZT压电薄膜对微力传感器性能的影响。运用Sol-Gel(溶胶-凝胶)法制作了PZT和PT/PZT/PT薄膜,采用X射线衍射技术表征了PZT和PT/PZT/PT两种薄膜的成相特征,用半导体参数测试仪测试了PZT和PT/PZT/PT两种薄膜的漏电流。结果表明,在同为600℃退火温度下,两种薄膜均具有钙钛矿结构,而且PT/PZT/PT薄膜沿(100)晶向强烈取向。当外加电压增加时,PZT薄膜的漏电流基本保持不变;PT/PZT/PT薄膜的漏电流变化在1nA左右。最后应用MEMS工艺分别制作了基于PZT,PT/PZT/PT压电薄膜微悬臂梁结构的微力传感器,并在静态和准静态下对微力传感器的传感特性进行了测试。测试结果表明,添加PT种子层对微悬臂梁的弹性系数基本没有影响,但微悬臂梁的灵敏度显著增加。

PbTiO3/PbZr0.3Ti0.7O3/PbTiO3夹心结构铁电薄膜子晶层的优化

用Sol-Gel法制备了Pb(1+x)TiO3/PbZr0·3Ti0·7O3/Pb(1+x)TiO3(PT/PZT/PT)夹心结构及PZT铁电薄膜,为了获得高质量的PT/PZT/PT夹心结构铁电薄膜,使用不同过量Pb配比(x)的PbTiO3(PT)层进行制备,以获得优化的PT子晶层.X射线衍射和原子力显微镜分析结果表明PT层中过量Pb配比(x)对薄膜的微结构影响很大,只有PT层中Pb过量配比x=0·10—0·15的薄膜为表面晶粒大小均匀致密的纯钙钛矿结构.X射线电子能谱对薄膜微区进行元素成分分析表明,对x=0·00的薄膜,在表面和界面处Pb明显的缺乏;而x=0·20时的薄膜,Pb则明显的过量.薄膜的铁电性能、疲劳特性和漏电流特性等电学性能与PT层中过量Pb配比(x)没有明显的变化趋势,但与薄膜的结晶性能密切相关.结晶性能较好的薄膜,其电学性能也较好.说明PT层中过量Pb配比(x)是通过影响PT子晶层自身的结晶,而影响整个薄膜的结晶行为,并进一步影响到整个薄膜的电学性能.因此,在其他工艺参数都相同时,PT层中合适的过量Pb配比应为x=0·10—0·15.优化的子晶层不仅能获得结晶性能较好的薄膜,而且薄膜的电学性能也好.