(整理)压电薄膜技术.
压电薄膜材料与器件制备技术

压电薄膜材料与器件制备技术一、压电薄膜材料的概述压电薄膜材料是指具有压电效应的薄膜材料,其特点是在外加电场或机械应力下产生形变或反之,即使在微小应变下也能产生大的电荷或电场。
常见的压电薄膜材料有PZT、AlN、ZnO等。
二、压电薄膜器件制备技术1. 压电薄膜制备技术(1) 溅射法:将靶材置于真空室中,通过氩气等惰性气体离子轰击靶材表面,使得靶材表面原子被剥离并沉积在基片上形成压电薄膜。
(2) 溶胶-凝胶法:将金属离子与有机物形成络合物后,在加热过程中逐渐失去溶剂和有机物,形成纳米级粒子,并在基片上形成压电薄膜。
(3) 化学气相沉积法:通过化学反应沉积出具有良好结晶性的压电陶瓷晶体,并在基片上形成良好的压电薄膜。
2. 压电薄膜器件制备技术(1) 压电传感器:将压电薄膜固定在弹性体上,当受到外力作用时,弹性体会发生形变,从而使得压电薄膜产生电荷或电场变化,实现对外力的检测。
(2) 压电陶瓷换能器:将压电陶瓷片固定在机械结构上,当施加外力时,陶瓷片会发生形变,从而产生振动或声波。
(3) 压电马达:将压电陶瓷片与机械结构相连,在施加交流电场的情况下,使得陶瓷片产生振动,并通过机械结构转换为旋转运动。
三、压电薄膜材料与器件应用领域1. 传感领域:利用压电传感器检测温度、气体、液体等物理量。
2. 能量转换领域:利用压电陶瓷换能器将机械能转化为声波或振动能。
3. 运动控制领域:利用压电马达实现精密定位和微型运动控制。
4. 生物医疗领域:利用压电薄膜制备超声探头、人工耳蜗等医疗器械。
四、压电薄膜材料与器件的未来发展趋势1. 高性能化:发展高性能压电材料,提高其压电效应、稳定性和可靠性。
2. 微型化:将压电薄膜材料与微纳加工技术相结合,实现微型化器件的制备。
3. 多功能化:将多种功能集成在一起,实现多功能化的压电器件。
4. 智能化:利用新型材料、新型结构和智能控制技术,实现智能化的压电器件。
五、总结随着科技的不断进步,压电薄膜材料与器件在各个领域得到了广泛应用。
压电薄膜技术精品

压电薄膜技术精品压电薄膜技术1压电薄膜概述体材料(单晶和陶瓷)形成的压电器件因受到尺寸管制,应用领域频率通常比较高,压电薄膜可以大大提高工作频率。
压电薄膜兼具单晶和陶瓷的优点:即为表面扁平球状,难生产,价格低廉,易于调变,性能可信平衡。
此外,采用薄膜,可以通过调节薄膜厚度,基片类型和电极形式去调整器件的性能。
更关键的就是,采用薄膜可以并使压电器件至的平面化和集成化,并使压电材料与半导体材料紧密结合,同时实现压电与载流子、声波与光波的相互作用,做成各种新型压电与声光的单片内置器件。
通常压电薄膜可以通过特定方法同时实现与微机电系统工艺的融合,生产沦为微机电系统意义上的微型传感器和执行器。
此类微型传感器张贴在物体表面,在机器人上搞触觉传感器可以认知温度、压力,使用相同模式可以辨识边角、棱等几何特征,同时这用材料具备热振动效应,需用搞温度传感器。
目前,压电陶瓷薄膜已经在惯性器件、声表面波器件等方面获得广泛应用,沦为微定位、微驱动的主要化解方法。
常见的压电薄膜材料主要包括具有铁电性的pzt薄膜、batio3薄膜等,以及不具有铁电性的zno薄膜、aln薄膜等。
虽然铁电薄膜的压电效应比非铁电性压电薄膜强,但使用较多的还是zno和aln等非铁电薄膜。
该类非铁电性压电薄膜的始于1963年美国bell实验室用cds薄膜同时实现vhf和uhf频带的体超声波换能器的研究成果。
此后,1965年使用反应溅射制取了zno压电薄膜。
1968年wauk和winslow使用冷却的方法在氮气和氨气气氛中蒸镀金属于al获得aln压电薄膜。
1979年日本的shiosaki使用射频磁控溅射在玻璃和金属基板上制取了性能较好的aln压电薄膜,其声表面波机电耦合系数仅约0.09%~0.12%。
20世纪70年代,cds薄膜和zno薄膜已经迈向实用化阶段。
aln作为宽带隙的直接∠栋氲继澹是一种重要的蓝紫光的发光材料。
同时,因具有高热导率、高硬度、高熔点和高化学稳定性、大的击穿场强和低介电损耗,尤其是aln与si、gaas等常用半导体材料的线膨胀系数相近及兼容性好等特点,aln薄膜可用于高温、高功率的微电子器件。
压电薄膜传感器工作原理以及应用

压电薄膜传感器工作原理以及应用压电薄膜拥有独一无二的特性,作为一种动态应变传感器,非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。
一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。
本文将着重介绍几种压电薄膜在生命特征监护方面的典型应用。
工作原理当你拉伸或弯曲一片压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜(压电薄膜),薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号(电荷或电压),并且同拉伸或弯曲的形变成比例。
一般的压电材料都对压力敏感,但对于压电薄膜来说,在纵向施加一个很小的力时,横向上会产生很大的应力,而如果对薄膜大面积施加同样的力时,产生的应力会小很多。
因此,压电薄膜对动态应力非常敏感,28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10~15mV/微应变(长度的百万分率变化)。
使用‘动态应力’这个术语是因为形变产生的电荷会从与薄膜连接的电路流失,所以压电薄膜并不能探测静态应力。
当需要探测不同水平的预应力时,这反而成为压电薄膜的优势所在。
薄膜只感受到应力的变化量,最低响应频率可达0.1Hz。
压电薄膜传感器简介压电薄膜传感器拥有独一无二的特性,作为一种动态应变传感器,非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。
一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。
工采网将着重介绍几种压电薄膜在生命特征监护方面的典型应用。
压电薄膜传感器工作原理当你拉伸或弯曲一片压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜(压电薄膜),薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号(电荷或电压),并且同拉伸或弯曲的形变成比例。
一般的压电材料都对压力敏感,但对于压电薄膜来说,在纵向施加一个很小的力时,横向上会产生很大的应力,而如果对薄膜大面积施加同样的力时,产生的应力会小很多。
因此,压电薄膜对动态应力非常敏感,28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10~15mV/微应变(长度的百万分率变化)。
使用‘动态应力’这个术语是因为形变产生的电荷会从与薄膜连接的电路流失,所以压电薄膜并不能探测静态应力。
[实用参考]压电薄膜的特性、制备和应用总结分析
![[实用参考]压电薄膜的特性、制备和应用总结分析](https://img.taocdn.com/s3/m/2d8eed4d168884868762d6c9.png)
压电薄膜的特性、制备和应用总结分析一、PVDF压电薄膜的概念二、压电薄膜材料的性能三、压电薄膜的制备方法四、压电薄膜材料的应用一、PVDF压电薄膜的概压电材料是实现机械能与电能相互转换的功能材料,它的发展有着十分悠久的历史。
自19世纪80年代从CURIE兄弟在石英晶体上发现了压电效应后,压电材料开始引起人们的广泛注意,随着研究深入,不断涌现出大量的压电材料,如压电功能陶瓷材料、压电薄膜、压电复合材料等。
这些材料有着十分广泛的用途,在电、磁、声、光、热、湿、气、力等功能转换器件中发挥着重要的作用。
PVDF压电薄膜PVDF压电薄膜即聚偏氟乙烯压电薄膜,在1969年,日本人发现了高分子材料聚偏氟乙烯(polPvinPlidenefluoridepolPmer)简称PVDF,具有极强的压电效应。
PVDF薄膜主要有二种晶型即α型和β型,α型晶体不具有压电性,但PVDF膜经滚延拉伸后,原来薄膜中的α型晶体变成β型晶体结构。
拉伸极化后的PVDF薄膜在承受一定方向的外力或变形时,材料的极化面就会产生一定的电荷,即压电效应。
与压电陶瓷和压电晶体相比,压电薄膜主要有以下优点:(1)质量轻,它的密度只有常用的压电陶瓷PZT的四分之一,粘贴在被测物体上对原结构几乎不产生影响,高弹性柔顺性,可以加工成特定形状可以与任意被测表面完全贴合,机械强度高,抗冲击;(2)高电压输出,在同样受力条件下,输出电压比压电陶瓷高10倍;(3)高介电强度,可以耐受强电场的作用(75V/um),此时大部分压电陶瓷已经退极化了;(4)声阻抗低,仅为压电陶瓷PZT的十分之一,与水、人体组织以及粘胶体相接近;(5)频响宽,从10-3Hz到109均能转换机电效应,而且振动模式单纯。
因此在力学中可以测量应力和应变,在振动中可以制作加速度计和振动模态传感器,在声学上可以制作声辐射模态传感器和超声换能器以及用在主动控制中,在机器人研究中可以用作触觉传感器,在医和车辆重量测量上也有应用,目前对薄膜材料的研究正在向多种类、高性能、新工艺等方向发展,其基础研究也向分子层次、原子层次、纳米层次、介观结构等方向深入,因而功能薄膜材料的研究具有重大意义。
mems压电薄膜分类

微电子机械系统(MEMS)压电薄膜是一类应用于微型传感器、执行器以及能量转换器等微系统中的压电材料。
这些薄膜可以利用压电效应将机械能转化为电能,或者反过来将电能转化为机械运动。
根据材料组成、结构以及用途等不同,MEMS压电薄膜可以分为以下几类:
1.压电陶瓷薄膜:这类薄膜通常由陶瓷材料制成,如铅锆钛酸铁(PZT)、铅镁酸铁(PMN)等。
这些陶瓷材料具有很高的压电效应,可以在电场或机械应力作用下发生形变或产生电荷。
2.压电聚合物薄膜:这类薄膜由聚合物材料制成,如聚偏氟乙烯(PVDF)以及其衍生物。
压电聚合物薄膜在柔性电子、生物医学传感器等领域有广泛的应用。
3.无机非陶瓷薄膜:这类薄膜由非陶瓷材料制成,如锌氧化物(ZnO)等。
无机非陶瓷薄膜也具有压电性能,并在柔性电子、生物传感器等领域有应用前景。
4.复合薄膜:这类薄膜由不同材料的复合构成,例如将压电材料与导电材料组合在一起,以实现更灵活的应用。
这些复合薄膜可以用于柔性传感器、振动能量收集等领域。
5.双层薄膜:双层薄膜通常由两层材料叠加构成,其中一层是压电材料,另一层是电极材料。
在外加电场或机械应力的作用下,压电层会发生形变,从而导致电极之间的电荷变化,实现能量转化或传感。
这些分类仅是对MEMS压电薄膜的一种粗略分类。
实际上,根据具体应用的要求,还可以根据材料的性质、结构特点以及工作原理等进行更详细的分类。
mems压电薄膜

mems压电薄膜标题:mems压电薄膜技术应用及发展前景分析引言MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)压电薄膜技术是一种结合了微机电系统和压电效应的新型技术,应用于传感器、执行器、声波滤波器等领域。
随着科技的发展和应用需求的增加,mems压电薄膜技术的应用也日益广泛。
本文将从mems压电薄膜技术的基本原理、应用领域以及发展前景等方面进行分析。
一、mems压电薄膜的基本原理1.压电效应压电效应是指一些材料在受到外力的作用下会产生电荷分布不均,从而产生电场的现象。
压电材料是利用这种效应来实现机械位移和电信号转换的材料,其具有优良的压电性能。
2. mems压电薄膜mems压电薄膜是指利用MEMS技术制备的压电材料薄膜,其具有微型化、高灵敏度和高性能等特点。
mems压电薄膜的制备过程包括压电材料的选择、薄膜制备、微加工和封装等步骤。
二、mems压电薄膜技术的应用领域1.传感器mems压电薄膜技术在传感器领域有着广泛的应用,尤其是在压力传感器、加速度传感器和声波传感器等方面。
mems压电薄膜传感器具有微型化、高灵敏度和低成本等特点,广泛应用于医疗、汽车、航空航天等领域。
2.执行器mems压电薄膜技术也被应用于执行器领域,例如微型压电马达、微型压电阀等。
这些执行器具有快速响应、高精度和低能耗等特点,广泛应用于微型机器人、微流体控制和生物医学设备等领域。
3.声波滤波器mems压电薄膜技术在声波滤波器领域也有着重要的应用,例如微型声表面波滤波器(MEMS SAW Filter)和微型压电声波滤波器(MEMSBAW Filter)。
这些滤波器具有微型化、频率稳定和高品质因数等特点,广泛应用于通信、无线电和雷达等领域。
三、mems压电薄膜技术的发展前景1.技术发展mems压电薄膜技术将通过类似于集成电路工艺的微加工技术实现更高的集成度和更小尺寸的器件,从而实现微型化、多功能化和系统集成化。
mems 压电薄膜

mems 压电薄膜
(最新版)
目录
1.介绍 MEMS 压电薄膜
2.探讨 MEMS 压电薄膜的特性和应用
3.分析 MEMS 压电薄膜的优势和局限性
4.总结 MEMS 压电薄膜的未来发展前景
正文
MEMS(微机电系统)压电薄膜是一种具有重要应用价值的微电子器件,它是通过微电子工艺制程制造出来的一种能将机械应变转化为电能的薄膜。
MEMS 压电薄膜主要由压电材料、电极和绝缘层等构成,具有体积小、重量轻、响应速度快等特点,广泛应用于传感器、能量收集、超声波器件等领域。
MEMS 压电薄膜的特性主要表现在其能够将机械应变转化为电能,这
种特性使得 MEMS 压电薄膜在许多应用领域具有显著的优势。
例如,在传感器领域,MEMS 压电薄膜可以实现对物体的各种物理量的高精度测量;
在能量收集领域,MEMS 压电薄膜可以有效地将环境中的机械能转化为电能,为微电子设备提供稳定的能源;在超声波器件领域,MEMS 压电薄膜
可以实现高性能的超声波信号的产生和接收。
尽管 MEMS 压电薄膜具有许多优势,但是它也存在一些局限性。
例如,MEMS 压电薄膜的制造工艺较为复杂,需要通过微电子工艺制程进行制造,这使得其制造成本较高;此外,MEMS 压电薄膜的性能也受到许多因素的
影响,例如材料的选择、薄膜的厚度等,这使得其性能的优化较为困难。
总的来说,MEMS 压电薄膜是一种具有重要应用价值的微电子器件,
它通过将机械应变转化为电能,为许多应用领域提供了高性能的解决方案。
mems压电薄膜

mems压电薄膜MEMS压电薄膜是一种用于微机电系统(MEMS)中的关键技术,它能够将压电效应应用于微小尺度的器件中。
本文将通过介绍MEMS压电薄膜的工作原理、制备方法以及在MEMS领域的应用等方面来详细阐述这一技术。
MEMS压电薄膜的工作原理源于压电效应,即一些物质在受到外界施加压力或拉伸时会产生电荷分布的改变。
这种效应基于压电材料的晶格结构变化以及其中离子的重新排列。
当外力施加在压电材料上时,晶格结构会发生变化,导致其中的离子位置重新排列,从而产生电荷分布的改变。
这种电荷的变化可以通过电极进行检测,从而将压力转化为电信号。
MEMS压电薄膜的制备方法主要包括多种先进的薄膜沉积技术,如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)以及溅射等。
其中,常用的压电材料包括PZT(铅锆钛酸铅)等。
在制备过程中,需要对压电薄膜进行合适的掺杂和掺氧等处理,以提高材料的性能和稳定性。
MEMS压电薄膜在MEMS领域有着广泛的应用,其中最重要的就是压电传感器和压电致动器。
压电传感器利用MEMS压电薄膜的压电效应,将外界的压力变化转化为电信号。
这种传感器可以用于测量压力、加速度、力量和位移等物理量。
而压电致动器则将电信号转化为机械运动,用于控制和操纵微小尺度的器件。
通过利用MEMS压电薄膜的特性,可以实现微型化、高精度和低功耗的压力传感器和致动器,应用于医疗器械、汽车电子、智能手机等领域。
除了传感器和致动器之外,MEMS压电薄膜还可以应用于能量收集和能量转换领域。
压电薄膜能够将机械能转化为电能,通过收集环境中的振动能量或压力能量,从而为微型设备供电。
这种能量收集技术在无线传感器网络、人体健康监测等领域有着重要的应用前景。
此外,MEMS压电薄膜还可以用于振动传感器、声波传感器、流体控制和精密定位等方面。
通过利用压电薄膜的特性,可以实现对微小尺度的运动和环境变化的高精度检测和控制。
综上所述,MEMS压电薄膜是一种在微尺度器件中应用压电效应的关键技术。
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压电薄膜技术1压电薄膜概述体材料(单晶和陶瓷)构成的压电器件因受尺寸限制,应用频率一般比较低,压电薄膜可大大提高工作频率。
压电薄膜兼有单晶和陶瓷的优点:即表面光滑致密,容易制造,价格低廉,便于调变,性能可靠稳定。
此外,使用薄膜,可以通过调节薄膜厚度,基片类型和电极形式来调整器件的性能。
更重要的是,使用薄膜可以使压电器件到的平面化和集成化,使压电材料与半导体材料紧密结合,实现压电与载流子、声波与光波的相互作用,制成各种新型压电与声光的单片集成器件。
一般压电薄膜可以通过特殊方法实现与微机电系统工艺的结合,制造成为微机电系统意义上的微型传感器和执行器。
此类微型传感器贴在物体表面,在机器人上做触觉传感器可感知温度、压力,采用不同模式可以识别边角、棱等几何特征,同时这用材料具有热放电效应,可用做温度传感器。
目前,压电陶瓷薄膜已经在惯性器件、声表面波器件等方面得到广泛应用,成为微定位、微驱动的主要解决方法。
常见的压电薄膜材料主要包括具有铁电性的PZT薄膜、BaTiO3薄膜等,以及不具有铁电性的ZnO薄膜、AlN薄膜等。
虽然铁电薄膜的压电效应比非铁电性压电薄膜强,但使用较多的还是ZnO和AlN等非铁电薄膜。
该类非铁电性压电薄膜的始于1963年美国Bell实验室用CdS薄膜实现VHF和UHF频带的体超声波换能器的研究成果。
此后,1965年采用反应溅射制备了ZnO压电薄膜。
1968年Wauk和Winslow采用蒸发的方法在氮气和氨气气氛中蒸镀金属Al得到AlN压电薄膜。
1979年日本的Shiosaki采用射频磁控溅射在玻璃和金属基板上制备了性能较好的AlN压电薄膜,其声表面波机电耦合系数可达0.09%~0.12%。
20世纪70年代,CdS薄膜和ZnO薄膜已经走向实用化阶段。
AlN作为宽带隙的直接帯隙半导体,是一种重要的蓝紫光的发光材料。
同时,因具有高热导率、高硬度、高熔点和高化学稳定性、大的击穿场强和低介电损耗,尤其是AlN与Si、GaAs等常用半导体材料的线膨胀系数相近及兼容性好等特点,AlN薄膜可用于高温、高功率的微电子器件。
此外,在所有无机非铁电性压电材料中,声表面波沿AlN晶体c轴方向的传输速率最大。
因此,具有良好取向的AlN薄膜可用来制作优良的声表面波器件和体波器件。
2压电效应简介在电场作用下,晶体中的带电粒子可以相对位移而发生极化。
在应力作用下,晶体中的带电粒子也发生相对位移。
对某些晶体,带电粒子相对位移后正负电荷中心不再重合,因而发生极化,在其两端表面上出现符号相反的束缚电荷,并且面电荷密度与应力之间为线性关系。
这种由机械应力面产生表面电荷的效应,称为正压电效应。
晶体的这一性质就称为压电性。
当晶体受到电场作用时它的某些方向上出现应变,且应变与场强之间是线性相关的,这种现象称为逆压电效应。
正压电效应是由于晶体在机械力作用下发生形变,而引起带电粒子的相对位移,使晶体的总电矩发生变化而造成的。
晶体是否具有压电性是由晶体结构的对称情况决定的。
若晶体具有对称中心,它不可能具有压电性;因为这种晶体中,正负电荷中心的对称排列不会因形变而破坏。
所以,机械力的作用不能使它发生极化。
具有对称中心的晶体,其总电矩始终为零,因而不可能具有压电性。
3结构初探真空沉积的压电薄膜通常是高度多晶的。
各微晶间有程度不同的错向。
每个微晶就是一个小单晶。
若所有微晶取向相同,并同相驱动时,则其压电效用实质上如同单晶。
各微晶间的任何取向差,都会导致机电耦合系数降低,并同时产生纵波和横波。
若围绕微晶的最佳取向,各微晶的无规偏向能以相互补偿。
这时,只是略为降低压电耦合。
若是从最佳取向,微晶的平均取向有所偏离,将导致在薄膜中同时产生出纵波和横波。
因此,要得到具有优良压电性质的压电薄膜,结构上必须保证:1)各微晶基本上要取向相同;2)各微晶的平均取向对最佳取向的偏离程度不能太大;3)各微晶取向的分散程度不能过大。
4介电性能浅析压电薄膜的介电性能包括介电常数、介质损耗、电阻率和击穿场强。
因为其介电常数影响压电薄膜换能器的静态电容量和分布电容量,所以要求介电常数要小。
否则,压电器件的性能,特别是其高频性能将要显著变坏。
薄膜的介质损耗是压电器件插入损耗的一个组成部分,因而希望其介质损耗要小。
压电薄膜的电阻率不但引起一部分介质损耗,而且决定着薄膜的弛豫频率,由于压电器件的工作频率要远高于弛豫频率,所以为了使压电薄膜能用于各种压电器件,特别是频率不高的器件,要求它具有很高的电阻率。
另外,弛豫频率越低,才能越加显示薄膜的压电性能。
因为压电薄膜的厚度一般都很薄,所以为了保证器件的可靠性、特别是电压较高的大功率器件的可靠性,要求薄膜有相当高的击穿场强。
虽然压电薄膜为单晶薄膜或者为择优取向的多晶薄膜,但在其中原子的堆积却不像在晶体中那样紧密和有序,因此,压电薄膜的介电常数值与晶体的数值略有差异。
除此以外,还有在薄膜中常有较大的残余内应力,以及测量上的原因,也导致薄膜的介电常数值不同于晶体的相应数值。
压电薄膜的介电常量有相当大的分散性,其原因在于内应力大小和测试条件不同,此外,成分偏离化学计量比和薄膜厚度差也使其分散性增大。
压电薄膜的介电常数随温度、频率的变化而发生明显的变化,其中铁电性薄膜的介电常数变化比较大。
当薄膜的结构不够致密时,它的介电常数还随相对湿度的增大而有显著的变化。
因为电介质的击穿场强属于强度参数,而且在薄膜中又难免有各种缺陷,所以压电薄膜的击穿场强有相当大的分散性。
按电介质的击穿理论,对于完好无缺的薄膜,其击穿场强应该随薄膜厚度的减小而逐渐增大。
但实际上,因为薄膜中含有不少缺陷,厚度越小时缺陷的影响越显著,所以在厚度减小到一定数值以后,薄膜的击穿场强反而急剧变小。
对薄膜击穿场强,除了薄膜自身的原因外,还有测试时,电极边缘的影响。
由于薄膜越厚,电极边缘的电场越不均匀,所以导致随薄膜厚度增大,其击穿场强逐渐降低。
此外,介质薄膜的击穿场强还依从于薄膜的结构。
对于压电薄膜,其击穿场强还与电场方向有关,也就是说,它在击穿场强方面是各向异性的。
由于在多晶薄膜中存在晶界,所以它的击穿场强低于非晶薄膜。
与此类似,择优取向的多晶压电薄膜在晶粒取向方向的击穿场强,比垂直该方向的击穿场强低。
和其它介质薄膜一样,压电薄膜的击穿场强还与一些外部条件有关,比如电压波形、频率、温度和电极等。
5压电性能梗概为了使压电器件和声光器件达到薄型、量轻和小型化,特别是为了达到平面化和集成化,必须应用压电薄膜。
因为体声波压电换能器的最重要的特性参数是谐振频率、声阻抗和机电耦合系数,所以对压电薄膜的声速及温度系数、声阻抗和机电耦合系数要求特别严格。
而薄膜的这些性能不但取决于薄膜内晶粒的弹性、介质、压电和热性能,而且还与压电薄膜的结构、如晶粒堆积紧密程度和择优取向等密切相关,因此,要得出体波性能优异的压电薄膜,除选用优良性能的晶粒外,还要使用先进的薄膜制备技术。
压电介质中的声表面波具有以下特性:第一,声表面波有三个方向的质点位移分量,并且在一般情况下,这些质点位移分量既不与波的传播方向相同,也不与波的传播方向垂直,因而质点的位移轨迹比较复杂。
第二,压电介质中声表面波的速度是传播方向的函数,并且波的相速和能量传播速度方向不同。
第三,质点位移振幅随着离开介质表面的距离的增大,迅速衰减,因此声表面波能量主要集中在表面以下的一两个波长的范围内。
6压电薄膜的运用简述压电薄膜广泛运用于各种存储器件、传感器件与换能器件以及光电子学器件。
特别是在制备铁电动态随机存取存储器、薄膜型室温红外探测器、薄膜型压电马达、超声探测器、薄膜电容器和集成光波导器件等方面,压电薄模已经成为首选。
6.1超声换能器件采用压电陶瓷和压电晶体的超声传感器和换能器的上限工作频率为100 MHz,实际上当频率超过10 MHz时,由于器件厚度太大,制造和使用上都不方便。
现代技术,如超声显微镜、光声技术等要频率上限高达1 GHz的超声传感器及换能器。
压电薄膜在制备技术上的突破为满足这一要求提供了可能。
6.2在声表面波器件中的应用声表面波器件是利用叉指状电极在压电体中激发起沿着表面层传递的高频超声波。
可用于实现滤波、延时、脉冲的压缩和扩展、卷积等多种电子学功能。
在通信领域中,滤波器、高频振动器、卷积器、延迟线等都是声表面波器件。
6.3在微机电系统中的应用传感器和驱动功能是微机电系统技术的核心。
微机电系统技术的发展要求其材料能对外界信号做出灵敏的响应或输出较大的应力和应变。
压电材料特别是锆钛酸铅系的PZT压电材料,具有显著的正压电效应和逆压电效应,在传感应用时具有高灵敏度和低电噪声的特点,在驱动应用时,具有很高的响应速度和较大的输出应力,从而在微机电系统中处于重要地位。
现有的压电微机电系统器件有悬臂梁驱动器、原子力显微镜探针、超声微马达和微泵等。
另外,利用PZT压电薄膜良好的热释电性,还制造出气体传感器、火焰探测器和复杂的热成像阵列等。
6.4柔性复合压电薄膜的应用由于柔性复合薄膜材料具有高的水声传感灵敏度、高的机电耦合系数,低的声阻抗和优良的柔顺性,可制成面积大、形状复杂的制品。
同时膜表面可沉积金属化层,用光刻法在膜层上制成接收极和发射极,通过画电极图样的方法,消除各阵元之间的相互干扰起到声隔离的效果。
具体运用于水声检测、超声成像仪、胎儿心音探测用换能器、子宫收缩监视仪、血压计/脉搏计、起搏计、心搏监控呼吸及血液流动测量计、扬声器、耳机、乐器用拾声器、微音器、打字机键盘、无接点开关、坐标输入装置、显示板、电话和计算机接头、PVDF双晶大面积显示器件等。
8前景及问题。