PZT薄膜熱退火工藝的研究及微傳感器的制備.pdf

1、鋯鈦酸鉛(PZT)是一類壓電智能材料，它具有良好的壓電、鐵電、熱釋電等特性。PZT能夠以固體、纖維和膜的形式存在，還能與其它材料共同形成壓電復(fù)合材料，廣泛地應(yīng)用于頻率器件、超聲波器件、發(fā)生器元件和減振降噪控制中，特別是作為新型傳感和致動材料受到越來越多的關(guān)注。本文將采用金屬-薄膜-金屬(MFM)電容結(jié)構(gòu)把鐵電性能最優(yōu)的PZT薄膜制作成傳感應(yīng)變片，與設(shè)計(jì)好的電路相連接制成微傳感器，研究了新型傳感器對減振降噪控制的表征效應(yīng)，為智能型微傳感器

2、的應(yīng)用和開發(fā)提供了相關(guān)的理論依據(jù)。
　　 本論文首先采用溶膠-凝膠(Sol-Gel)法配制了濃度為0.3mol/L的PZT前驅(qū)液，再利用熱分析和XRD分析技術(shù)研究了前驅(qū)液的凝膠熱演化過程，確定了薄膜的熱退火制度，在此基礎(chǔ)上制定了薄膜的熱退火工藝流程--傳統(tǒng)熱退火(CTA)和快速熱退火(RTA)，并通過旋轉(zhuǎn)涂覆法在Pt/Ti/SiO2/Si(100)襯底上制備出Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜。
　　 利用XRD、

3、SEM以及鐵電分析儀對薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、鐵電性能等進(jìn)行了表征，分別分析了退火工藝和厚度對PZT薄膜結(jié)構(gòu)和鐵電性能的影響。結(jié)果表明：CTA法制備的PZT薄膜具有(111)的擇優(yōu)取向，表面的晶粒致密且尺寸在40～50nm之間，平均單層膜的厚度在60～70nm之間，鐵電性能較好；RTA法制備的薄膜其擇優(yōu)取向?yàn)?100)，薄膜表面晶粒尺寸在360～450nm之間，平均單層薄膜厚度呈現(xiàn)下降的趨勢，RTA-12是所有薄膜中鐵電性能參數(shù)最好的

4、，其Pr和Ec分別達(dá)到了38μC·cm-2和72 kV·cm-1。相同的退火工藝，PZT薄膜厚度的增加，有利于薄膜表面晶粒的生長、缺陷的減少以及鐵電性能的提高。
　　 根據(jù)傳感器的原理，采用MFM電容結(jié)構(gòu)將薄膜RTA-12制成傳感應(yīng)變片，連入設(shè)計(jì)好的懸臂梁結(jié)構(gòu)和A/D轉(zhuǎn)換器等外接電路，制備出新型的PZT薄膜微傳感器。通過外加激勵于懸臂梁上，傳輸出梁受到激勵時的振動情況，并與計(jì)算機(jī)模擬的振動衰減曲線相比較，得出結(jié)論：所設(shè)計(jì)的微傳感