压电厚膜驱动的高刚度微变形镜的制备

研究制备了一种压电厚膜微变形镜,微变形镜的连续薄膜式单晶硅镜面由61单元压电厚膜致动器阵列驱动.以镜面冲程与工作频带宽为目标,对微变形镜的结构参数进行优化设计,根据优化参数采用硅微加工技术试制了61单元致动器的微变形镜.镜面、压电陶瓷与弹性支撑层厚度分别为100μm、60μm与60μm,单元间距为5mm,通光口径为40 mm.对制备的样品性能进行了测试,微变形镜在100 V电压驱动下变形量约为2.84μm,工作带宽大于10 kHz.测试结果还表明压电厚膜驱动的微变形镜拥有较高刚度,有利于提高镜面初始平面度.     

MEMS变形镜用PZT厚膜致动器阵列的制备及性能表征

提出了一种基于锆钛酸铅(PZT)压电厚膜致动器阵列驱动的MEMS微变形镜,建立了该微变形镜的结构模型,分析了其结构中各层厚度对其性能的影响.PZT压电厚膜是通过基于PZT压电陶瓷体材料的湿法刻蚀技术制备的,刻蚀液为1BHF2HCl4NH4 Cl4H2O.以数字锁相方法测试了压电厚膜的介电性能,在100 kHz以下时,其介电常数和介质损耗分别优于2400和3%.利用悬臂梁方法测试了压电厚膜的也.横向压电系数,约为-250 pm/V.制备了4×4阵列的压电致动器阵列.采用激光多普勒测试压电致动器的电压位移曲线,在100 V的电压驱动下致动器的变形量大约为2.2/μm;测试了致动器的频率响应,其谐振频率高于100 kHz;致动器刚度大,带负载能力强.     

用于MEMS变形镜的双电极压电厚膜致动器

提出了一种用于MEMS变形镜的双电极驱动的压电陶瓷（PZT）厚膜致动器．采用有限元方法分析致动器变形时的应力分布情况,优化了内外圈电极尺寸,制作了61单元六边形分布的致动器阵列．测试结果表明,致动器在100V工作电压下的;中程约为6．6μm,谐振频率为58kHz,位移迟滞为8％～9％,通过采用单边电压一位移曲线的策略有效降低了位移迟滞,并进一步提出了分时驱动的电路方案．     

PZT厚膜的气雾化湿法减薄制备技术

锆钛酸铅（PZT）厚膜的制备技术是制作基于PZT厚膜的微传感器和微驱动器的关键技术之一．传统的制备方法难以兼顾厚膜制备中对厚度、性能、工艺复杂度以及成本等方面的要求,因此,提出了一种新的利用气雾化湿法减薄体材料制备PZT厚膜的技术．该技术结合传统的PZT湿法化学刻蚀方法和刻蚀雾滴的物理轰击效应,在反应中实时去除化学反应残留物,在减薄前后样品厚度均匀性几乎不变的情况下,平均刻蚀速率可达3．3μm/min,且工艺过程简单,成本低廉．实验结果表明,用该技术制备的PZT厚膜可满足微机电系统（MEMS）领域中微传感器和微致动器对于厚膜具备较高灵敏度和较大驱动能力的性能要求,     

基于PZT薄膜面内极化工作的低应力压电微传声器

本文设计、制作并测试了一种基于压电PZT薄膜面内极化工作的压电微传声器.利用压电薄膜的纵向压电常数,并通过压电微传声器面内电极的设计提高电极间距,以提高压电微传声器的灵敏度.由于基于PZT薄膜的多层结构常具有很大的残余应力,通过5种不同振动膜材料与PZT薄膜的应力匹配实验,研究了降低振动膜应力的方法.结果表明,对于相同尺寸的膜片,PZT/ZrO2/LTO/Si3N4具有最小的变形,其中心处的变形(200 nm)仅为膜片PZT/ZrO2/Si3N4/SiO2中心处变形(17μm)的1%.采用体硅微加工工艺制作了具有方形振动膜(2 mm×2 mm)的压电微传声器结构,采用LTO/Si3N4多层结构作为振动膜结构,方形膜片中心的圆形结构为PZT薄膜,环形叉指结构为Au/Cr电极.压电微传声器在0.15 kHz~6 kHz频率范围内的灵敏度约为0.1 mV/Pa.     

溶胶-凝胶法制作PZT微驱动器的研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备了PZT压电薄膜,利用PZT的压电效应制作以PZT薄膜为驱动的V型阀微驱动器.针对微驱动器的关键结构驱动膜,探索了Si/SiO2/Ti/Au/PZT/Cr/Au多层驱动膜结构制备方法,解决了在硅基底上制备PZT薄膜的问题,同时详细探讨了硅各向异性刻蚀微驱动器的关键部件驱动腔、单向阀的工艺,解决了集成制作的V型阀微驱动器的关键工艺问题,并通过SEM照片对V型阀和多层驱动膜进行了表征.研究结果表明,采用MEMS与IC技术结合的方法成功地完成了微驱动器的研制,得到的驱动腔硅杯平坦均匀.在V型阀微驱动器整体设计中需要的硅片数目少,降低了器件的复杂性,可以满足低功耗、小型化和批量生产的要求.     

类金刚石薄膜作为阴极阵列的场发射显示器研制

采用真空磁过滤弧沉积（FAD）的方法制备的金刚石（DLC）薄膜具有良好的场发射性能。通过离子束技术和微细加工技术可以实现DLC薄膜的图形化并能大大提高薄膜的场发射性能。测试表明，DLC薄膜孔洞阵列具有很好的电子场发射性能，阈值电场达到了2.1V/μm，当场强为14.3V/μm时，电流密度达到了1.23mA/cm^2。利用图形化的DLC薄膜作为阴极，设计和制作了矩阵选址单色场发射显示器（FED）样管。     

以溶胶-凝胶法PZT薄膜为驱动的微泵研制

采用溶胶-凝胶法(sol-gel)制备技术制作了Pb(Zr,Ti)O3(PZT)压电薄膜,并以PZT薄膜为驱动制作了微泵.采用了V型微阀的微泵主要利用PZT的压电效应.针对微泵的关键结构--复合驱动膜,探索了一种Si/SiO2/Ti/Au/PZT/Cr/Au多层驱动膜结构制备方法,解决了在硅基底上制备PZT薄膜的问题,同时探讨并解决了硅各向异性刻蚀微泵的微驱动腔、单向阀的工艺问题,并通过SEM照片对V型阀和多层驱动膜进行了表征.研究结果表明,采用MEMS技术成功地完成了微驱动器的研制,得到的驱动腔硅杯平坦均匀.在V型阀微泵整体设计中需要的硅片数目少,降低了器件的复杂性,可以满足功耗低、小型化和批量生产的要求.     

超磁致伸缩单晶微位移致动器特性研究

采用高性能Tb0 .3 Dy0 .7Fe2 单晶材料 ,通过优化微位移致动器的机械、磁路参数 ,研制出了具有非水冷结构的新型微位移致动器。致动器的最大线性工作区间为 0 .5～ 3 5 .5 μm ,工作电压为 2～ 2 4V ,饱和驱动量可达 3 9.5 μm     

高度（100）取向PLT/PZT多层铁电薄膜的制备与性能研究

利用射频磁控溅射技术，以PbOx为过渡层，在Pt（111）/Ti/SiO2/Si（100）衬底上，采用原位溅射技术制备了高度（100）取向的[（Pb0.90La0.10）Ti0.975O3/Pb（Zr0.20Ti0.80）O3]n（n=1，2）{筒记为[PLT/PZT]。）多层铁电薄膜，研究了层数对多层铁电薄膜介电性能和铁电性能的影响。研究得出，（100）取向的PbOx，过渡层导致了[PLT/PZT]。多层铁电薄膜的（100）择优取向；高度（100）择优取向的[PLT/PZT]2薄膜具有更大的剩余极（2Pr=31.45μC/cm）和更好的“蝴蝶”状C-V曲线。这些研究结果表明，所制备的（100）取向的[PLT/PZT]2多层铁电薄膜具有优良的铁电性能。     

PZT薄膜的MOCVD制备技术

采用直接液体榆运-金属有机化合物化学气相沉积技术（DLI-MOCVD）制备Pb（ZrxTi1-x）O3薄膜（PZT薄膜）,并进行了相关研究,通过调节MOCVD中影响PZT质量的主要工艺参数（温度、压力、系统的气体（Ar,O2）流量、衬底转速、蠕动泵速）,制备不同组分PZT薄膜（均匀性≥±95％,尺寸为2．54—20．32cm（1—8in）,厚度为50—500nm）．经XRD测试可见,PZT薄膜已形成钙钛矿结构．用SEM对其表面进行分析,结果表明,PZT薄膜表面致密均匀．     

U-type piezoelectric thin-film microactuator for hard disk drives

We have designed, fabricated, and investigated a new dual-stage actuator system based on a thin-film lead-zirconate-titanate (PZT) microactuator and a voice coil motor for positioning a magnetic head in a high-density hard disk drive (HDD). We made the PZT microactuator by using a modified sol-gel technique to deposit PZT thin film and applying reactive ion etching processes to shape the device. We studied the crystalline structure and growth behavior of the piezoelectric films by X-ray diffraction and scanning electron microscopy and found that the PZT material preferably has a composition of Pb(Zr/sub 0.52/Ti/sub 0/.48)O/sub 3/. We also tested and simulated the U-type SUS304 substrate integrated with two single-layer PZT elements in order to investigate the driving mechanics. The device performance is outstanding. With the peak-to-peak head displacement of 1.08 /spl mu/m at the applied voltage of /spl plusmn/20 V and the suspension response frequency higher than 12 kHz, both displacement/voltage sensitivity and resonant frequency are high enough for the device to be used in future high-density HDDs.     

Fabrication and characterization of microcantilever integrated with PZT thin film sensor and actuator

The purpose is to find the potential application of PZT thin film for microsensor and microactuator. Pb(Zr_0.5Ti_0.5)O₃ thin film is deposited by sol-gel method. Piezoelectric microcantilever with two-segment top electrodes is fabricated using bulk micromachining techniques. Piezoelectricity of the deposited PZT thin film and sensing and actuation capability of the each segment of microcantilever is proved. Experiments are performed when one segment acts as an actuator or vibrator and another segment as force sensor. The results show that the proposed PZT thin film microcantilever can be used in force feedback and object manipulation simultaneously.     

SiO2层上沉积的纳米多晶硅薄膜及其特性

采用低压化学气相沉积(LPCVD)系统以高纯SiH4为气源,在p型10.16 cm<100>晶向单晶硅衬底SiO2层上制备纳米多晶硅薄膜,薄膜沉积温度为620℃,沉积薄膜厚度分别为30 nm、63 nm和98 nm.对不同薄膜厚度的纳米多晶硅薄膜分别在700℃、800℃和900℃下进行高温真空退火.通过X射线衍射(XRD)、Raman光谱、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对SiO2层上沉积的纳米多晶硅薄膜进行特性测试和表征,随着薄膜厚度的增加,沉积态薄膜结晶显著增强,择优取向为<111>晶向.通过HP4145B型半导体参数分析仪对沉积态掺硼纳米多晶硅薄膜电阻I-V特性测试发现,随着薄膜厚度的增加,薄膜电阻率减小,载流子迁移率增大.     

Effects of a PbTiO3 insertion layer on the morphological and electromechanical characteristics of sol-gel-driven 0.2PZN-0.8PZT piezoelectric films for energy harvesters

This study investigated the morphological and electromechanical characteristics of 0.2PZN-0.8PZT films fabricated using a PbTiO3 layer. Crack-free 1-microm-thick films with a pure perovskite phase were obtained on Pt/Ti/SiO2/Si substrates using a modified sol-gel deposition method. A highly dense and smooth morphology and a high piezoelectric coefficient (d33) of 230 pC/N were observed in a 0.2PZN-0.8PZT film with a PbTiO3 insertion layer after annealing at 750 degrees C. The as-produced sol-gel-driven 0.2PZN-0.8PZT thin films are attractive for application to piezoelectrically operated microelectronic actuators, sensors, or energy harvesters due to their low facility cost, smooth surface, and excellent electromechanical characteristics.     

用溶胶－凝法制备锆钛铅铁电薄膜

利用溶胶－凝胶法在镀铂硅片上制备了ＰＺＴ铁电薄膜。利用ＸＲＤ、ＳＥＭ和ＴＥＭ观察了ＰＺＴ薄膜的组成与形貌，测定ＰＺＴ薄膜的电学性能。为防止薄膜发生龟裂，在前体溶液中加入了干燥控制化学添加剂，并采用慢速变温的热处理过程。ＰｂＴｉＯ３过渡层保证了ＰＺＴ薄膜结晶完好。     

NiTi形状记忆合金薄膜的制备及形变特性

研究了适用于微器件的溅射态NiTi形状记忆合金薄膜.讨论了溅射工艺及织构对薄膜结构和相变特征的影响.利用薄膜热相变特性制成了微驱动器,观察并分析了该器件的形变特性.结果表明:原位加热溅射可以获得具有织构的晶化薄膜;用该薄膜制备的驱动器回复率为0.76%.     

提高压电微探针表面信息读取电荷灵敏度的方法

分析了基于原子力显微镜（AFM）探针阵列的超高密度信息存储中压电方式读取纳米数据坑的电荷灵敏度,从探针结构设计的角度指出通过改连上电极钝化层的设计可以使电荷灵敏度提高约50％;在读取电路中引入直流偏置电压,通过提高锆钛酸铅（PZT）薄膜的等效横向压电系数d31进一步提高电荷灵敏度．利用硅片悬臂梁上溶胶-凝胶法制备的PZT薄膜,基于正压电效应实验验证了施加直流偏置电压对d31的提高作用．直流偏压从0V增加到10V时,等效横向压电系数d31从-48pC／N提高到-120pC／N．