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近年来,随着MEMS技术的发展,市场上出现了众多的MEMS器件和产品,但是如何给MEMS器件供电成了目前需要解决的问题。压电薄膜可以实现振动能到电能的转换,这引起了人们对压电薄膜材料在环境能量收集器中应用的关注。高性能的MEMS器件对所用材料的性能和结构都有很高的要求。PZT基压电薄膜由于其优异的压电、铁电和介电性能,成为了目前能量收集MEMS应用的研究热点。本论文利用磁控溅射技术制备高质量的PZT基压电薄膜,探索薄膜的外延生长工艺并进行结构、性能表征,选择弛豫铁电体铌镍酸铅(Pb(Ni1/3Nb2/3)O3,PNN)作为固溶掺入,研究PZT-PNN体系的结构和性能随PNN含量的变化关系。利用磁控溅射技术制备了PZT(50/50)薄膜。在用传统陶瓷靶材溅射薄膜的基础上,提出了使用活性较高的粉体靶材来溅射制备PZT压电薄膜。在此基础上,在(111)Pt/Ti O2/Si O2/Si衬底上获得随机取向的多晶薄膜,并且没发现杂相。衬底温度的升高有利于提高结晶性能,获得表面平整的薄膜,但是随之继续升高导致Pb O严重挥发,降低了薄膜的压电、铁电性能。Pb O含量的增加有利于钙钛矿结构的形成,但是过高的百分比使PZT薄膜中形成了多数氧化物而影响了PZT薄膜的结构。最佳生长条件为Pb O过量10mol.%、750℃、0.6Pa、Ar/O=20/1。在单晶(001)Sr Ti O3和(001)Mg O衬底上沉积出外延性良好的薄膜。在Mg O衬底上获得具有压缩应力的外延薄膜,显示出更强的向上自发极化现象,具有明显的极化反转特性和压电响应,并且认为这种性质是由薄膜内部较大的外延压缩应力所导致的。该薄膜还具有较好的宏观铁电性能,Pr为100.1μC/cm2。利用磁控溅射技术制备了(1-x)PZT-x PNN(x=0.05,0.10,0.15)薄膜。研究发现不同PNN掺入量的样品都形成了具有钙钛矿结构的PZT-PNN固溶体系。随着PNN含量的增加,PZT-PNN薄膜的结构四方度增加。在x=0.05的薄膜结构位于该体系的准同型相界(MPB)附近,其MPB与陶瓷材料的偏差是由于内部残余应力导致的。薄膜晶粒生长均匀,表面致密平整,随着PNN含量的增加,晶粒尺寸和表面粗糙度都逐渐增大。x=0.05的薄膜显示出趋近于饱和的电滞回线和较好的介电性,剩余极化强度Pr约为99.1μC/cm2,饱和极化强度PS约为124μC/cm2,矫顽电压EC约为57.5k V/cm,介电常数为2030。压电性能测试结果表明在0.15PZT-0.05PNN薄膜中其面外极化性能较好,具有最佳的压电响应特性。