李　磊,余远根,姜　涛,祝元坤*,王现英,郑学军

(1.上海理工大学 机械工程学院,上海　200093;2.上海理工大学 材料科学与工程学院,上海　200093)



PT种子层对PZT薄膜结晶及压电性能的影响

李磊1,余远根1,姜涛2,祝元坤2*,王现英2,郑学军2

(1.上海理工大学 机械工程学院,上海200093;2.上海理工大学 材料科学与工程学院,上海200093)

摘要采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在Pt/Si衬底上制备了PbTiO3 (PT)薄膜和Pb (Zrx,Ti(1-x))O3(PZT)薄膜,研究了退火温度以及PT种子层对PZT薄膜结晶及压电性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,制备的PZT薄膜为纯钙钛矿结构的多晶薄膜,有PT种子层的PZT薄膜晶粒尺寸更大,(110)面取向度更高,结晶性能更好;原子力显微镜(AFM)结果表明,制备的薄膜表面形貌比较平整、均匀、无裂纹;压电力显微镜(PFM)结果表明,压电力显微镜(PFM)结果表明,有PT种子层时,PZT薄膜的平均压电系数d(33)为128～237 pm/V,无PT种子层时平均压电系数d(33)为21～29 pm/V。在升温速率为10 ℃/s的退火条件下保温10 min时,随着退火温度的升高,PZT薄膜晶粒尺寸增大,粗糙度增大,(110)面取向度升高,平均压电系数d(33)增大。PT种子层能够有效的改善PZT薄膜的结晶性能和压电性能。

关键词溶胶-凝胶法;PZT薄膜;退火温度;钙钛矿结构;PT种子层;压电系数

锆钛酸铅(PZT)薄膜具有高介电常数、低介质损耗、低漏电流以及优异的铁电、热释电性能等优点,因此广泛应用于微机电系统(MEMS)中,如铁电随机存储器[1]、数字开关[2]、振动能量收集器[3-4]和压电质子交换膜燃料电池[5-6]等。PZT的性能与结晶度密切相关,大量的研究表明,由于PZT与Pt/Si(100)基底的晶格常数和热膨胀系数差异较大,PZT在Pt/Si基底上的结晶性能不佳,从而影响薄膜的电学性能。……