PT種子層對PZT薄膜結(jié)晶及壓電性能的影響

李　磊,余遠(yuǎn)根,姜　濤,祝元坤*,王現(xiàn)英,鄭學(xué)軍

(1.上海理工大學(xué) 機械工程學(xué)院,上海　200093;2.上海理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海　200093)

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PT種子層對PZT薄膜結(jié)晶及壓電性能的影響

李磊1,余遠(yuǎn)根1,姜濤2,祝元坤2*,王現(xiàn)英2,鄭學(xué)軍2

(1.上海理工大學(xué) 機械工程學(xué)院,上海200093;2.上海理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海200093)

摘要采用溶膠-凝膠法(Sol-Gel)在Pt/Si襯底上制備了PbTiO3 (PT)薄膜和Pb (Zrx,Ti(1-x))O3(PZT)薄膜,研究了退火溫度以及PT種子層對PZT薄膜結(jié)晶及壓電性能的影響。X射線衍射(XRD)結(jié)果表明,制備的PZT薄膜為純鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的多晶薄膜,有PT種子層的PZT薄膜晶粒尺寸更大,(110)面取向度更高,結(jié)晶性能更好;原子力顯微鏡(AFM)結(jié)果表明,制備的薄膜表面形貌比較平整、均勻、無裂紋;壓電力顯微鏡(PFM)結(jié)果表明,壓電力顯微鏡(PFM)結(jié)果表明,有PT種子層時,PZT薄膜的平均壓電系數(shù)d(33)為128～237 pm/V,無PT種子層時平均壓電系數(shù)d(33)為21～29 pm/V。在升溫速率為10 ℃/s的退火條件下保溫10 min時,隨著退火溫度的升高,PZT薄膜晶粒尺寸增大,粗糙度增大,(110)面取向度升高,平均壓電系數(shù)d(33)增大。PT種子層能夠有效的改善PZT薄膜的結(jié)晶性能和壓電性能。

關(guān)鍵詞溶膠-凝膠法;PZT薄膜;退火溫度;鈣鈦礦結(jié)構(gòu);PT種子層;壓電系數(shù)

鋯鈦酸鉛(PZT)薄膜具有高介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗、低漏電流以及優(yōu)異的鐵電、熱釋電性能等優(yōu)點,因此廣泛應(yīng)用于微機電系統(tǒng)(MEMS)中,如鐵電隨機存儲器[1]、數(shù)字開關(guān)[2]、振動能量收集器[3-4]和壓電質(zhì)子交換膜燃料電池[5-6]等。PZT的性能與結(jié)晶度密切相關(guān),大量的研究表明,由于PZT與Pt/Si(100)基底的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)差異較大,PZT在Pt/Si基底上的結(jié)晶性能不佳,從而影響薄膜的電學(xué)性能。……