PZT鐵電薄膜的溶膠-電霧化制備研究.pdf

1、針對PZT薄膜的溶膠-電霧化制備研究,本博士論文完成的工作可概括為以下幾點:(1)溶膠-電霧化系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)研究.基于電流體動力學(xué)基本理論,分析了靜電霧化現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理,討論了適合薄膜制備的"錐-射流"模式形成條件與"錐-射流"模式下的霧場特性;結(jié)合基于溶膠-凝膠化學(xué)的薄膜制備原理以及前驅(qū)溶液的熱演化過程,建立了適合高性能、中厚PZT鐵電薄膜沉積的溶膠-電霧化實驗系統(tǒng);(2)溶膠-電霧化系統(tǒng)中的襯底制備以及前驅(qū)溶液配制.根據(jù)溶膠-電霧化

2、系統(tǒng)對PZT薄膜襯底以及前驅(qū)溶液的要求,用射頻磁控濺射技術(shù)制備得到了沿(111)晶向強(qiáng)烈取向的Pt底電極薄膜;用醋酸鉛[Pb(CH<,3>COO)<,2>]、丙醇鋯[Zr(C<,3>H<,7>O)<,4>]、異丙醇鈦[Ti((CH<,3>)<,2>CHO)<,4>]為原料,配制了符合靜電霧化大電導(dǎo)率、高粘性系數(shù)要求的Pb(Zr<,0.53>,Ti<,0.47>)O<,3>前驅(qū)溶液,并通過實驗得出適合大面積、均勻薄膜制備的"錐-射流"霧化

3、模式可在溶液流量為0.6ml/h、工作電壓為4.5KV時得到;(3)溶膠-電霧化系統(tǒng)中的薄膜沉積、生長過程研究.用三維激光多普勒速度計測量了前驅(qū)溶液霧化得到荷電液滴的速度及其分布,分析了液滴粒徑大小;依據(jù)粘性流體動力學(xué)、熱力學(xué)以及結(jié)晶學(xué)理論,討論了荷電液滴在襯底上的沉積、凝膠膜的形成以及薄膜晶化過程;觀察了制得薄膜的表面形貌與微觀結(jié)構(gòu).(4)溶膠-電霧化系統(tǒng)中的薄膜結(jié)晶狀況分析與性能測試.用X射線衍射技術(shù)分析了不同參數(shù)下得到薄膜的結(jié)晶狀

4、況,并通過引入結(jié)晶種子層,有效促進(jìn)了后續(xù)沉積薄膜沿(100)晶向擇優(yōu)取向生長;根據(jù)數(shù)字相敏技術(shù)和Sawyer-Tower原理,自行研制了PZT薄膜電學(xué)性能測試系統(tǒng).(5)PZT壓電微懸臂梁應(yīng)用中的關(guān)鍵問題研究.依次使用1BHF:2HCl:4NH<,4>Cl:4H<,2>O、2HNO<,3>:1H<,2>O刻蝕液,并經(jīng)去離子水清洗,在保證圖形轉(zhuǎn)移精度、薄膜性能的前提下,實現(xiàn)了PZT鐵電薄膜的微圖形化;用基于DSP的數(shù)字鎖相技術(shù)實現(xiàn)了壓電微