PZT薄膜的制备研究现.doc

PZT薄膜的制备研究现状 xxx （大连理工大学 大连 116024） 摘要:文章综述了PZT薄膜的主要制备方法，其中包括溶胶-凝胶法、射频磁控溅射法和脉冲激光沉积法的制备,并讨论了不同工艺参数对于PZT薄膜的结构和性能的影响。 关键词:PZT薄膜; 制备方法 Research Status on Fabrication of PZT Thin Films LI Shiyun （Dalian University of Technology Dalian 116024） Abstract: Lead PZT films for its excellent ferroelectric and piezoelectric properties have been attended extensively．This paper reviewed main preparation methods of the PZT films，such as sol-gel method RF magnetron sputtering method，pulse laser deposition method ,and Influence of process parameters on the structure and performance of PZT thin films is discussed. Key words: PZT thin films; preparation methods 0 前言 随着电子技术，信息技术和控制技术的发展，人们对新材料提出了小型化、超高速、大容量、高集成和多功能等新的、更高的要求。PZT薄膜是一种典型的钙钛矿结构铁电体压电材料，具有优良的铁电性、压电性、热释电性和声光性，广泛应用于微传感器、微执行器、非挥发性铁电存储器、微压电超声换能器、压电能量采集器等方面[1-3]。20世纪80年代以来，铁电薄膜一直是国际先进材料研究中十分活跃的研究领域，美国材料研究学会（MRS）、国际铁电应用讨论会（ISAF）、国际集成铁电体讨论会（ISIF）、欧洲集成铁电体会议（EMIT）等均专注于铁电薄膜的制备、表征和应用相关的研究。因此，类研究一方面直接促进了多种薄膜制备技术的发展。近年来，其由于在铁电储存器和微机电系统（MEMS）中具有潜在应用前景，同时可与半导体技术集成而受到广泛关注。因此，关于PZT薄膜的研究是一个热点领域。 近年来人们对PZT薄膜从制备和改性方面进行了大量的研究工作，用不同的物理和化学方法制备了PZT薄膜。目前，制备PZT薄膜的方法主要有两大类，即化学法和物理法。化学法：溶胶-凝胶法、金属有机化学气相沉积法、催化化学气相沉积法。物理法：脉冲激光沉积法、电子束沉积法、分子束外延法和溅射法。本文主要综述几种常见的PZT薄膜制备方法的研究现状及发展趋势。 1 溶胶-凝胶法 1.1 基本原理 溶胶一凝胶法是由金属无机化合物(或者金属有机化合物)、有机溶剂、络合剂以及其它添加剂,并加入适量的水混合均匀后,先是发生水解和缩聚的化学反应后,逐渐凝胶化,再经过一定条件下的热处理和退火处理,最后生成化合物的一种新的制备材料方法[4]。包括三个基本步骤：①前驱体溶液的制备：将含有一定离子配比的金属醇盐和其他有机或无机金属盐溶于共同的溶剂，再加入水和催化剂，经过水解、缩聚、陈化后形成均匀的前驱体溶液；②沉积薄膜：通过旋涂法、喷雾法或浸渍法等将前驱体溶液均匀地涂覆在基片上；③热处理：在一定的条件下对前驱体薄膜进行退火处理，低温段移除残余有机物，高温段使其结晶化。图1 为用溶胶一凝胶法的方法制备PZT薄膜的工艺流程图。 图1 溶胶一凝胶法制备PZT薄膜的工艺流程图 1.2 不同工艺参数对PZT薄膜的影响 （1）前驱体溶液对PZT薄膜的影响 溶剂的敏感性、黏度、挥发性以及金属盐的溶解性对PZT薄膜的质量有较大的影响。前驱体溶液的浓度较大，薄膜厚度增加，在热处理过程中薄膜急剧收缩易引起开裂；浓度太小则薄膜在热处理过程中容易脱落，同时还要增加涂膜次数，相应地薄膜中缺陷生成的几率也会增加，因而较多地选用浓度为0.2~0.3mol/L的前驱体溶液。其中，前驱体溶液中Pb的浓度与所制PZT薄膜的铁电性质和疲劳特性关系密切。因此，需要加入合适浓度的Pb盐，以补偿热处理过程中损失的Pb离子，其摩尔百分含量过量10~15%为宜。 在配制过程中，前驱体的混合顺序对于制备分子级的均质溶胶也很重要。国外Yi等学者报道了用乙醇和冰醋酸混合溶剂制备PZT前驱体溶液时，先将Zr醇盐溶解，再加入Pb和Ti的混合溶液。另一条路线也很成功，即将Zr和Ti的醇盐先混合，再加入Pb前驱体溶液。Sporn等将Zr和Ti的醇盐先在丙醇中溶解，再加入一