PZT薄膜的溶膠凝膠法制備及在MEMS中的應(yīng)用研究.pdf

1、采用PZT壓電陶瓷制備的壓電懸臂梁，是制備振動能量采集器的關(guān)鍵元件。本文詳細(xì)介紹了壓電懸臂梁的制備步驟，并著重探討了其中最為關(guān)鍵的PZT鐵電薄膜制備以及器件流片工藝。
　　本文通過Sol-Gel法，采用全國產(chǎn)試劑制備PZT鐵電薄膜。利用單因素變量法分別研究了濃度、pH值、溫度對前驅(qū)體溶膠的影響以及熱處理和退火工藝對薄膜形態(tài)的影響，并最終確定工藝方案。在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制備出厚度為2μm的PZT鐵電薄膜。采用SEM對

2、薄膜的表面和截面形態(tài)進行了表征，發(fā)現(xiàn)薄膜晶粒飽滿、結(jié)構(gòu)致密，與基底結(jié)合力好。通過XRD分析了基片和退火制度對薄膜晶體結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)Pt/Ti基底有利于提高晶向一致性并促進鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的形成，退火溫度的升高和退火時間的增加有利于（111）晶向的生長。電學(xué)性能方面，利用TR66A鐵電測試儀測試了薄膜的電滯回線，發(fā)現(xiàn)（111）擇優(yōu)取向的晶體的鐵電性能較為理想。制備出樣品的剩余極化Pr為19.94μC/cm2，矯頑場Ec為11.60 kV/cm

3、。
　　利用濕法化學(xué)蝕刻、RIE干法蝕刻、UV-LIGA等流片工藝，將上述 PZT薄膜制備成壓電懸臂梁。通過設(shè)計梯形懸臂梁增加發(fā)電效率，并通過在懸臂梁尖端放置Ni質(zhì)量塊來降低諧振頻率，最終制備的壓電懸臂梁長×底寬×尖寬為2000μm×750μm×500μm，在頻率為155Hz/1g加速度激勵下，開路電極間輸出電壓峰峰值Vp-p達984 mV。此外，本文還制備了一個防水的懸臂梁能量采集器模型并進行了實際應(yīng)用研究，證明其可以在液體環(huán)境