PZT铁电薄膜的雾化湿法刻蚀技术研究

PZT薄膜的微图形化是制备基于PZT薄膜微传感器和微驱动器的关键技术之一。通过引入雾化技术,改进了传统的PZT薄膜湿法刻蚀方法,进一步减小了薄膜微图形的侧蚀比,提高了图形的转化精度。选用体积比为1∶2∶4∶4的BHF/HCl/NH4Cl/H2O溶液作为刻蚀液,对溶胶-凝胶法制备的1μm厚PZT薄膜作雾化湿法刻蚀,刻蚀速率为28 nm/s,侧蚀比为0.5∶1。对所得样品表面区域进行EDS分析表明,所得PZT薄膜图形表面无残留物,该工艺可用于MEMS领域中PZT薄膜的微图形化。     

锆钛酸铅薄膜化学刻蚀技术研究

介绍了一种刻蚀效果良好的应用于铁电存储器(FeRAM)的PZT薄膜的化学湿法化学刻蚀方法。采用典型的半导体光刻工艺,通过研究不同的刻蚀剂对PZT薄膜的化学刻蚀效果表明,利用BOE/HNO3/CH3COOH/HCl/NH4Cl/EDTA刻蚀液刻蚀PZT薄膜可得图形质量及铁电性能良好的铁电电容,能满足铁电存储器对铁电薄膜微图形化要求。     

PZT薄膜的深槽反应离子刻蚀研究

研究了锆钛酸铅(PZT)薄膜的深槽反应离子刻蚀(DRIE)技术。首先,对比了3种工艺气氛条件下(SF6/Ar、CF4/Ar和CHF3/Ar)刻蚀PZT的效果。实验结果表明,3种工艺气氛下,刻蚀速率都随功率的增加而增加。相同功率下,SF6/Ar的刻蚀速率最高;而CHF3/Ar刻蚀PZT的图形形貌最好,对光刻胶的选择比也最好。最后得出了优化的工艺条件为采用CHF3/Ar,射频(RF)功率为160 W,气体流量比为3∶4(CHF3∶Ar=30 cm3/min:40 cm3/min)时,PZT薄膜的刻蚀速率为9 nm/min,光刻胶的选择比为7。     

高耐压LDMOS用的高K薄膜湿法刻蚀研究

为了对横向双扩散MOSFET(LDMOS)器件所采用的锆钛酸铅(PZT)高介电常数(高K)薄膜进行微图形化,对湿法刻蚀过程中腐蚀液、光刻、刻蚀等工艺进行了优化研究,发现由BOE+HCl+HNO3+H2O+缓冲剂组成的腐蚀液刻蚀效果较好。刻蚀结果表明,所刻蚀薄膜的厚度约为600nm,最小线条宽度约为3μm,侧蚀比减小到1.07∶1,符合功率器件制备的尺度要求,由此所制备的LDMOS器件耐压提高了近2倍。     

铋基焦绿石薄膜的湿法刻蚀方法研究

介绍了一种能对铋基焦绿石薄膜进行湿法刻蚀的有效方法,研究了HF,NH4F和HNO3的水溶液对铌酸锌铋(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7,BZN)和铌酸镁铋(Bi1.5MgNb1.5O7,BMN)两种铋基焦绿石薄膜的刻蚀情况。结果表明,刻蚀配比V(HF)∶m(NH4F)∶V(HNO3)∶V(H2O)为10mL∶3g∶10mL∶10mL时,BZN和BMN薄膜能得到有效刻蚀,刻蚀速率分别为7nm/s和4nm/s,图形刻蚀精度高。最后讨论了该刻蚀液对铋基焦绿石薄膜的刻蚀机理,加入NH4F作为络合剂能避免刻蚀过程中三氟化铋BiF3难溶沉淀物的生成,加入HNO3作为助溶剂可以调节刻蚀速率,从而提高湿法刻蚀的图形精度。     

PZT铁电薄膜的反应离子刻蚀研究

介绍了一种刻蚀效果良好的PZT铁电薄膜反应离子刻蚀方法.利用深反应离子刻蚀设备研究了反应离子刻蚀中刻蚀气氛、刻蚀功率及刻蚀气体流量等因素对PZT薄膜刻蚀效果的影响.实验结果表明,刻蚀气体采用SF6、刻蚀功率为250 W、SF6/Ar总流量为25 cm3/min(其中SF6:Ar为20:5)时刻蚀效果最优.利用优化后的工艺条件制作出可用于铁电存储器的铁电电容并测试其电学特性,得到了较理想的电滞回线和漏电流.     

Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜的ICP刻蚀及性能研究

采用溶胶-凝胶法,在Pt/Ti/SiO2/p-Si衬底上制备BNT(Bi3.15Nd0.85 Ti3 O12)薄膜,再采用ICP刻蚀工艺,对BNT薄膜进行刻蚀.当Ar∶Cl2的比例约为1∶4时,BNT薄膜的刻蚀速率达到最大.经过ICP刻蚀后,BNT薄膜的铁电性能有所下降,薄膜边缘平直、清晰,薄膜所受的拉应力先增大,后随着加入Ar比例的增大而逐渐减小.     

大屏幕场致发射显示器薄膜型精细金属电极的研制

在洁净的玻璃基底溅射Cr-Cu-Cr复合薄膜,利用光刻和湿法刻蚀技术制备了大屏幕场致发射显示器薄膜型精细金属电极.讨论了不同腐蚀液对金属Cr刻蚀的影响,借助视频显微镜和台阶仪测试刻蚀后的电极形貌,结果表明,用质量比为6∶3∶100的KMnO4、NaOH和H2O的混合液腐蚀Cr膜的刻蚀速率平稳,刻蚀后的Cr电极边缘整齐,内向侵蚀少.此外,分析了FeCl3刻蚀液对Cu膜的刻蚀机理,讨论了刻蚀液在静置和循环条件下对制备FED薄膜型精细电极的影响,借助视频显微镜测试刻蚀后的电极形貌,结果表明,FeCl3刻蚀液在循环条件下刻蚀Cu膜速度均匀,刻蚀后电极边缘整齐.     

硅基PZT薄膜的制备与刻蚀工艺研究

采用溶胶－凝胶（Sol-Gel）法制备了PZT薄膜,在600℃的退火温度下即获得了晶化完善的钙然矿铁电相结构。采用典型的半导体光刻工艺,利用HCl/HF刻蚀溶液成功地获得刻蚀线条分辨率达微米量级的PZT薄膜微图形。较好的解决了有关PZT薄膜制备与加工中存在的关键问题,为硅基铁电薄膜器件的实现奠定了良好的工艺基础。     

SF6/O2等离子体刻蚀a-C:F薄膜的研究

以SF6/O2为刻蚀气体,采用电子回旋共振等离子体反应离子刻蚀(ECR-RIE)方法进行了氟化非晶碳(a-C∶F)低介电常数薄膜的等离子体刻蚀技术研究,结果表明,a-C∶F薄膜的刻蚀速率取决于薄膜中C—CFx与CFx两类基团刻蚀过程,富C—CFx结构的a-C∶F薄膜刻蚀速率在O2含量约20%时达到最大,而富CFx结构的a-C∶F薄膜刻蚀速率随O2的增大而减小。AFM分析表明,SF6气体刻蚀a-C∶F薄膜可以有效消除薄膜表面的团聚结构。XPS能谱分析表明,SF6气体刻蚀a-C∶F薄膜样品化学组分未发生变化,而O2气体刻蚀后在样品表面形成富C的a-C∶F层。该研究结果为a-C∶F应用于超大规模集成电路层间介质工艺奠定了必要的实验基础。     

PZT薄膜电滞回线测试的数值补偿研究

通过Sawyer-Tower测试电路研究了铁电薄膜的电滞回线,发现薄膜漏电阻以及示波器输入电阻和电容的影响可能会使所测量的电滞回线发生形状扭曲或者使测量结果出现较大偏差,通过数值补偿方法重建了电荷平衡方程,并编制了相应的软件补偿程序。通过对溶胶-凝胶制备的PZT铁电薄膜的电滞回线测试表明,运用该数值补偿方法可以有效补偿薄膜漏电阻以及示波器输入电阻和电容对测试结果的影响,满足PZT铁电薄膜制备技术以及微机电系统中器件设计对薄膜性能测试的要求。     

硅基PZT压电驱动MEMS光开关的设计与优化

采用压电多层悬臂梁理论分析模型，研究了一种新型PZT压电复合多层膜悬臂梁驱动光开关的机械性能，探讨了结构参数与悬臂梁机械性能的关系及影响光开关机电性能的因素。提出了一种新的硅基PZT压电复合膜悬臂梁驱动光开关的制作方法。给出了25V工作电压下优化的器件结构，并对理论分析结果与压电复合多层膜悬臂梁的有限元耦合场分析结果进行了比较。     

基于波导调制器的全保偏光纤微振动传感器

为了解决干涉型光纤传感器中光源频率调制深度与干涉仪光程差的相关性,以及压电陶瓷(PZT)调制的高频限制和非线性效应,设计了全保偏光纤马赫一泽德干涉仪结构,引入保偏光纤波导相位调制器替代常见的光源调制及PZT调制,采用低噪声单频保偏光纤激光器作为光源,通过相位载波零差解调方法,实现了微振动信号的保真拾取.通过波导调制器的引入,增加了系统的灵活性和频响范围,并使灵敏度达到了10-5 rad/Hz1/2量级.     

硅基压电悬臂梁式微麦克风的设计与优化

设计了一种硅基PZT压电悬臂梁式微麦克风。这种微麦克风采用压电多层膜悬臂梁作为声压感受器件，采用有限元耦合场分析的方法对压电复合膜悬臂梁进行了有限元分析和模拟，研究了压电复合多层膜悬臂梁的结构参数与力学性能的关系，分析了影响微麦克风机电性能的多种因素，给出了优化的器件结构和工艺流程。     

基于光纤激光器的微振动信号保真拾取干涉仪

提出了一种新型的远距离微振动信号的测量和保真拾取系统.该系统基于迈克尔逊干涉仪结构,以窄线宽光纤激光器为光源,采用相位载波零差解调方案实现信号的还原.通过优化压电陶瓷堆(PZT)相位调制器驱动电路,有效地提升了系统的频率响应范围.通过引入移相电路提高了系统的信噪比.系统在50 Hz～4 kHz频率范围内线性度良好,输出信号的信噪比为60 dB,谐波抑制比为50 dB,系统的灵敏度为1×10-5rad/Hz1/2.     

PZT叠层厚膜陶瓷材料性能的研究

使用凝胶流延成型工艺制备了PZT85/15、PZT95/5单组分厚膜及叠层厚膜.通过和单组分厚膜的性能进行对比,分析了叠层厚膜的形貌特征及介电、铁电和热释电性能.结果表明,由PZT85/15和PZT95/5组成的叠层厚膜内部均匀致密,具有良好的介电、铁电和热释电性能,极化后的相对介电常数εr=191.5,介电损耗tan δ=0.7%(温度T=20℃,频率f=1 kHz),热释电系数在41℃时达到峰值8×10-8 C/cm2·K,此后下降不明显,从而改善了单组分厚膜相变温区过窄的缺点,达到拓宽相变温区的目的,有望在红外探测和相变换能方面得到更广泛的应用.     

PZT电滞曲线和回零偏差的测量及其对扫描成像的影响

本文利用迈氏干涉法测量压电陶瓷扫描头（ＰＺＴ）的电滞曲线和灵敏度因子。作出了ＰＺＴ的电滞曲线,得到了灵敏度因子,测出了由电滞特性造成的扫描头不同电压正负回零偏差,讨论了ＰＺＴ的电滞特性对样吕形貌图像的影响及减小的方法。     

采用正弦调制测量光纤陀螺带宽的方法研究

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的新型全固态角速率传感器,它具有较高的理论带宽,而通常的角振动台测试法具有一定的局限性.提出了一种在陀螺设计和装配阶段采用正弦调制法测量光纤陀螺带宽的方法.根据光纤陀螺的工作原理,在陀螺光纤环中引入一个PZT元件,通过给PZT施加一定频率的正弦调制来模拟一个正弦变化的角速率,从而测得光纤陀螺的幅频响应曲线,进而确定其带宽.按照此法对TG400型光纤陀螺进行了测量,测得陀螺带宽约为100 Hz.     

不同PT厚度的PZT/PT复合薄膜的性能研究

采用改进的sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备PZT/PT复合薄膜(共10层),PT的层数分别为2,4,6和8层。结果表明,600℃热处理的PZT/PT复合薄膜为钙钛矿结构,无第二相。随着PT厚度的增加,εr变小,100kHz时为313～228。tgδ在频率低于100kHz时,不随PT厚度变化,为0.015左右;频率为100kHz～1MHz时,PZT6/PT4tgδ最大,1MHz时仍小于0.06。     

MEMS兼容丝网印刷PZT压电厚膜研究

对丝网印刷PZT压电厚膜制备工艺浆料配置、印刷技术、退火条件、上下电极的选择及极化方法等进行了研究，并采用扫描电子显微镜(SEM)及与之配套的能谱分析仪对制备的PZT样品的微观结构、成分进行了测试分析。结果表明，PZT压电厚膜的膜厚可达100μm，印制图形分辨率在500μm以上，在800℃经1h退火就可获得良好的微晶结构，且具有压电特性。