【摘 要】
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近年来,随着MEMS技术的发展,PZT(锆钛酸铅)薄膜与MEMS技术相结合,PZT薄膜得到广泛的应用。本文通过溶胶凝胶法制备了质量良好的PZT薄膜,研究了La掺杂改性对不同梯度PZT薄膜的影响,研究了不同缓冲层对无梯度PZT薄膜性能的影响,探究底电极和PZT薄膜腐蚀工艺,并将无梯度PZT薄膜应用在微执行器中,表征其振动性能,将其应用到压电喷墨打印头中,成功喷射出墨滴,研究内容包括以下几个方面:(1
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近年来,随着MEMS技术的发展,PZT(锆钛酸铅)薄膜与MEMS技术相结合,PZT薄膜得到广泛的应用。本文通过溶胶凝胶法制备了质量良好的PZT薄膜,研究了La掺杂改性对不同梯度PZT薄膜的影响,研究了不同缓冲层对无梯度PZT薄膜性能的影响,探究底电极和PZT薄膜腐蚀工艺,并将无梯度PZT薄膜应用在微执行器中,表征其振动性能,将其应用到压电喷墨打印头中,成功喷射出墨滴,研究内容包括以下几个方面:(1)制备不同锆钛比的PZT前驱液,利用前驱液锆钛比不同和热处理时Zr4+和Ti4+的扩散,采用梯度补偿的方法,采用多次旋凃-热处理的方式制备不同梯度的PZT薄膜。研究La掺杂对不同梯度薄膜的影响。结果表明,SL薄膜和GF薄膜呈现(100)择优取向,GE薄膜呈现随机取向,La掺杂降低了各薄膜的(100)取向度;GF-La薄膜具有更高的介电系数,达到1196.2,剩余极化强度得到改善,2Pr达到26.21μC/cm~2,矫顽场强Ec为44.4k V/cm,其疲劳性能也得到提升。引入Pb Zr O3、Pb Ti O3和Zr/Ti=52:48的PZT作为缓冲层用于引导无梯度PZT薄膜生长,结果表明,PZT/GF薄膜介电常数最大,达到最大值为1049.7,提高32.1%,PT/GF薄膜介电常数达到939.2,提高18.2%,而PZ/GF薄膜介电常数仅为660.4,介电常数大约下降17.0%。(2)探究底电极(Pt/Ti)和PZT薄膜的图形化工艺。采用湿法腐蚀方式图形化底电极,以BN308作为掩蔽层,王水作为Pt腐蚀液,HF作为Ti腐蚀液。结果表明,Pt腐蚀速率约为2.22nm/s,Ti腐蚀速率约为10nm/s。配制研究PZT腐蚀液,研究腐蚀速率随时间和温度的变化关系。结果表明,腐蚀速率随时间逐渐减小,随温度不断增加。厚度为1μm的薄膜平均腐蚀速率为28.6nm/s。采用多次腐蚀方式可以减少横向侧蚀。(3)制作基于不同PZT薄膜的压电微执行器,并表征其振动性能。结果表明,当施加电压为20V时,相比于未掺杂的PZT薄膜,GF-La薄膜最大振幅达到369.5nm,提高22.8%,SL-La薄膜最大振幅达到310.6nm,提高21.0%。搭建喷墨测试系统,测试无梯度PZT薄膜的喷墨打印头的喷射情况。结果表明,以GF-La薄膜为驱动元件的喷墨打印头可以正常喷射墨滴,部分喷孔因腔室键合不牢固和喷孔疏水效果差等原因无法正常喷出。
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