曹茂盛,路 冉,赵全亮,刘红梅,邱成军,袁 杰

(1.北京理工大学 材料学院,北京 100081;2.黑龙江大学 电子信息工程学院,哈尔滨 150080;3.中央民族大学 信息工程学院,北京 100081)

0 引 言

压电材料是一种能够实现机械能-电能转换的功能材料,广泛应用在换能器、驱动器、传感器及智能结构器件中。随着微电子技术的发展,特别是微电子机械系统 (MEMS)的出现,智能结构器件的尺寸越来越小,其特征尺寸达到μm甚至nm量级。作为实现机械能-电能转换的压电材料,压电MEMS器件已越来越引起人们的关注,在压电MEMS器件中,由于器件尺寸和制作工艺的限制,传统的体型压电材料已不适合应用于 MEMS器件,而压电薄膜材料成为最合适的选择。其中,PZT基压电薄膜材料以其压电性能强、介电常数高、稳定性好等优异性能,成为当今发展最快的压电材料。

然而,PZT薄膜的压电驱动力还偏小,这限制了其在压电 MEMS器件中的应用。为了提高PZT薄膜的压电驱动力,近年来发展了厚度＞1 μm的PZT厚膜技术。研究发现PZT厚膜具有体型PZT压电陶瓷材料的良好性能,如压电性能强、输出信号高、使用频率范围宽等;而且 PZT厚膜还兼顾PZT薄膜的特点,即工作电压低、尺寸小、质量轻、易于同MEMS技术兼容等。

目前,制备PZT基薄膜和厚膜的主要方法有：射频磁控溅射法 (RF)[1-2]、脉冲激光沉积(PLD)[3]、金属有机化学气相沉积(MOCVD)[4]、溶胶-凝胶法(Sol-Gel)[5-10]、丝网印刷[11-12]、化学溶液沉积法(CSD)[13]等。其中,溶胶-凝胶法成膜组分均匀可控、易于大面积成膜、低成本、易与MEMS技术兼容,被认为是制备PZT厚膜最有潜力的方法之一[14]。……