随着微机电系统(MEMS)产业的快速发展, 铁电薄膜材料作为微机电器件的重要组成部分而愈受重视。锆钛酸铅(PZT)薄膜具有优越的压电性、热释电性及光电性等性能, 在微电子、压电、光学及半导体等领域展现了巨大的应用潜力。因此, 高性能PZT薄膜的制备技术及制备工艺一直备受关注。其中, 溶胶-凝胶法因具有易于控制成分, 所需设备成本低及制备薄膜的均匀性好等优点而被广泛用于PZT薄膜制作中。该文在溶胶-凝胶法基本原理及制作工艺的基础上, 着重分析了溶胶-凝胶法制备PZT薄膜的研究现状, 总结了当前溶胶-凝胶法的技术特点, 并指出了研究中存在的不足及未来的潜在改进方向。

提出了一种简单、高效的PZT压电陶瓷薄膜覆膜驱动的全光纤相位调制器数学模型,该模型计入了PZT压电陶瓷薄膜侧向压电常数d31对相位调制效率的影响,结果表明,对于PZT压电陶瓷薄膜覆膜驱动的全光纤相位调制器,这种影响是不能忽略的,由侧向压电常数d31引起的相位调制相当于由压电常数d33引起的相位调制的15%.应用此模型计算了PZT压电陶瓷薄膜、内电极以及外电极的机械与压电性能等参数对于全光纤相位器的相位调制效率的影响.该模型可应用于全光纤相位调制器的设计与优化.

通过对腐蚀溶液的优化,获得了一种刻蚀效果良好的锆钛酸铅(PZT)薄膜的腐蚀溶液配方.文中所采用的PZT薄膜是通过溶胶-凝胶(sol-gel)法获得的,在研究腐蚀溶液组分、温度以及浓度对腐蚀速率影响的基础上,成功获得了PZT薄膜微图形化的湿法腐蚀工艺.通过实验研究,获得了横向和纵向腐蚀速率随温度和浓度变化曲线,侧蚀比(横比纵)小于1:1.07,且图形表面无残留物.

介绍了微光学自适应技术中基于PZT(PbZrxTi1-xO3)薄膜的微反射镜单元及其制作工艺.该制作过程中用重掺杂硅片作为基底和下电极,采用了钛酸丁脂[(C4H9O)4Ti]、乙酸铅[Pb(CH3COO2)·3H2O]以及异丙醇锆[Zr(OCH(CH3)24·(CH3)2CHOH]为原料,通过溶胶-凝胶法(sol-gel)制作薄膜,薄膜厚度为纳米级.制成的PZT薄膜通过逆压电效应产生形变,对反射镜面局部进行微调,实现波前位相控制.

利用射频磁控溅射法对0.8Pb(Zr_0.3Ti_0.7)O₃+0.2PbO的陶瓷靶进行溅射,在5英寸的TiOx/Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备出了PZT薄膜.实验表明,PZT薄膜的取向由(111)到(100)的改变可以通过精确控制基片温度来实现.(111)取向的薄膜具有良好的介电、铁电和热释电性能,其剩余极化强度、介电常数、介电损耗、矫顽场和热释电系数分别为20μC/cm2,370,1.5%,130kV/cm和1.1×10-8C/cm2K,该薄膜可望在非制冷红外焦平面探测器阵列中得到应用.

用改进的溶胶-凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备了不同厚度的高度(111)取向的Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜.运用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的微结构,原子力显微镜表明厚度为0.3μm和0.56μm的PZT薄膜的晶粒尺寸和表面粗糙度分别为0.2～0.3μm、2～3μm和0.92nm、34nm.0.3μm和0.56μm PZT薄膜的剩余极化(Pr)和矫顽场(Ec)分别为32.2μC/cm2、79.9kV/cm, 27.7μC/cm2 、54.4 kV/cm;在频率100KHz时,薄膜的介电常数和介电损耗分别为539、0.066,821、0.029.