PZT薄膜材料的生長與應(yīng)用.pdf

1、隨著鐵電薄膜和微電子技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的集成鐵電學(xué)的出現(xiàn)，鐵電薄膜的制備、結(jié)構(gòu)、性能及其應(yīng)用已成為國際上新材料研究十分活躍領(lǐng)域，其中鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鋯鈦酸鉛Pb(Zrx，Ti1-x)O3(PZT)鐵電薄膜由于具有優(yōu)越鐵電、介電、壓電、熱釋電以及能夠與半導(dǎo)體技術(shù)兼容等特點(diǎn)，使之在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。由于基于PZT的器件具有工作帶寬廣、反應(yīng)速度快和靈敏性高等優(yōu)點(diǎn)，因此PZT薄膜可以用于MEMS領(lǐng)域的各個(gè)方面，例如壓

2、電激勵(lì)器、焦熱紅外探測器、隨機(jī)存儲(chǔ)器和超聲器件。為了滿足不斷提高的微納米機(jī)械器件的要求和與硅基器件的兼容，在硅襯底上生長高質(zhì)量的PZT薄膜就變得越來越重要。 本論文首先介紹的是使用溶膠凝膠(Sol-gel)方法生長PZT薄膜，并在Si、Si3N4/Si、Ti/Si和Pt/Ti/Si四種不同襯底上旋涂生長PZT薄膜。用X射線衍射(XRD)表征生長的PZT薄膜的取向。同時(shí)研究在Pt/Ti/Si襯底上不同熱處理?xiàng)l件下對PZT薄膜的取向

3、和結(jié)晶質(zhì)量的影響。我們也分析了PZT薄膜在Ti和Pt/Ti電極上的殘余應(yīng)力。在Pt/Ti上生長的PZT薄膜有比在Ti生長的低的殘余應(yīng)力，這表明Pt/Ti上的結(jié)晶更好。而掃描電子電鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)用來研究薄膜的多晶結(jié)構(gòu)和形貌。結(jié)果表明在Ti和Pt/Ti上生長的PZT薄膜取向單一，表面形貌好。PZT薄膜的AFM圖說明薄膜在退火后質(zhì)量得到提高，晶體顆粒大小增加。 然后利用廈門大學(xué)薩本棟微機(jī)電研究中心的實(shí)驗(yàn)條件，采用

4、MEMS微加工工藝，開發(fā)了可用于測試用Sol-gel法生長的PZT薄膜的鐵電特性的工藝流程，并對所制備的PZT薄膜的鐵電特性進(jìn)行測試。結(jié)果表明在3V電壓作用下Ti電極上生長的PZT薄膜在熱處理溫度為400℃，退火溫度為650℃下可以得到剩余極化強(qiáng)度(Pr)為8.6μC/cm2。而Pt/Ti電極上生長的擇優(yōu)取向?yàn)?100)的PZT薄膜在熱處理溫度為400℃，退火溫度為650℃下可以得到剩余極化強(qiáng)度(Pr)為11.0μC/cm2?；谶@些結(jié)