本文的主要内容分为以下五章:　　 第一章为绪论,介绍了与本论文研究内容相关的基础知识、发展现状及主要研究目标。　　 在第二章中,根据三元系体材料陶瓷(PMnN-PZ-PT)的晶相、机电耦合系数和机械品质因数随组分比例的变化规律,我们将铌锰酸铅(Pb(Mn1/3,Nb2/3)O3,PMnN)、锆酸铅(PbZrO3,PZ)和钛酸铅(PbTiO3,PT)按一定配比混合,用磁控溅射的方法在单晶MgO基异质结构SRO(110)/Pt(002)/MgO(001)基底上制备了三元系6％PMnN-94％PZT(45/55)薄膜,给出了该三元系薄膜的磁控溅射制备条件,并介绍和引入了快速淬火的后期热处理方法。　　 在薄膜的表征中,利用高精度台阶仪测量薄膜的厚度,利用X射线衍射(XRD)表征该薄膜的生长方向、晶体结构和晶格常数,结果表明,在异质结构氧化镁基底上制备的三元系0.06PMnN-0.94PZT(45/55)薄膜是高c轴取向的单晶薄膜,且该三元系铁电薄膜为四方晶构钙钛矿相。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了薄膜表面形态和截面结构,表面观测图显示,实验制备的单晶0.06PMnN-0.94PZT(45/55)薄膜表面平整、颗粒均匀。其截面图显示薄膜质地均匀、致密,无多晶的柱状结构出现,该结果也佐证了薄膜的单晶结构。利用悬臂梁方法和高精度激光测振系统测量了定征了薄膜的横向压电应力系数,薄膜的横向压电应力系数为-11.2 C/m2,横向压电应变系数约为-121×10-12 C/N,该压电系数可与二元系近MPB处PZT体陶瓷的压电系数相媲美。利用Sawyer Tower电路测量了该三元系铁电薄膜的铁电特性,该三元系铁电薄膜的铁电滞回曲线显示薄膜呈现典型的硬铁电响应,高达Ps=60μ/cm2的剩余极化强度显示该薄膜具有优异的铁电性。并利用LCR数字电桥测量了薄膜的介电系数和介电损耗因子。良好的单晶取向使得该铁电薄膜具有低的介电性,其相对介电系数仅为260,该值远小于相应二元系PZT(45/55)体陶瓷的相对介电系数,且其介电损耗因子仅为1％。　　 良好的薄膜质量、优异的铁电性、压电性和介电性,以及其潜在的高机械品质因数使得0.06PMnN-0.94PZT(45/55)单晶三元系铁电薄膜有望应用于压电器件、声学器件、MEMS和铁电器件制备中。　　 第三章中,考虑到与硅半导体器件集成化发展的要求,我们在Si基异质结构SrRuO3(SRO)Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)基底上制备并研究了PMnN-PZT三元系薄膜。本章的研究内容主要分为以下两节:　　 第一节研究了PMnN添加对PZT的改性规律。我们在异质结构硅基底上制备了不同摩尔比例PMnN添加的PZT(52/48)薄膜,并对薄膜的性质做了定征与比较,实验结果表明,适当比例PMnN的添加能改变薄膜晶格常数,但却不改变PZT的晶相,并且明显改善了PZT。的铁电性:而过量PMnN添加会导致焦绿石结构出现,且使得薄膜呈现病态铁电性。同时,PMnN的添加会导致PZT薄膜的介电系数和介电损耗因子增大,并且降低PZT的居里温度。比较不同比例PMnN添加对PZT的影响结果发现,PMnN的添加应不超过10％摩尔比例,并给出6％摩尔比例为薄膜综合性能最佳时的添加比例,该摩尔比例PMnN添加的PZT(52/48)薄膜呈现出色的铁电性、适中的介电系数、介电损耗因子和较高的居里温度,并且具有潜在的高机械品质因数。　　 第二节中,我们利用了第一节得出的6％摩尔最佳添加比例的结论,在异质结构Si基底上成功制备出了具有出色压电性和良好铁电性的PMnN-PZT三元系多晶铁电薄膜,即0.06PMnN-0.94PZT(50/50),该薄膜具有出色的压电性,其横向压电应力系数为-14.9 C/m2,横向压电应变系数为-184×10-12 C/N,横向机电耦合系数为65.3％,其压电性能不仅高于第二章中在MgO基底上制备的0.06PMnN-0.94PZT(45/55)薄膜,并且其压电系数接近于同条件下制备的二元系PZT(50/50)薄膜压电系数的两倍,由该薄膜制备的硅基悬臂梁也呈现出很高的位移和力灵敏度。该薄膜也具有明显优于非掺杂二元系PZT(50/50)薄膜的铁电性、较大的介电系数、略大的介电损耗因子和略低的居里温度,这些结论与第一节中得到的PMnN添加对PZT的改性规律相符。硅基底上高压电性、良好铁电性和潜在高机械品质因数的三元系PMnN-PZT薄膜的成功制备,克服了MgO基底不可集成、耐腐蚀性差和高成本的缺点,使得该三元系铁电薄膜的实际应用成为可能。　　 在第四章中,我们利用传递矩阵和传输线路法推导了薄膜体声波谐振器(FBAR)的输入阻抗公式,并使用IEEE176-1987有损压电振子的谐振频率的定义计算了PZT、ZnO和AlN压电薄膜与不同电极材料组合的FBAR的谐振频率、有效机电耦合系数和谐振品质因数等参量。纠正了Chen等人有关FBAR的有效机电耦合系数随压电薄膜的机械品质因数增加而减小的错误结论(发表于APL),指出该结论错误的原因在于用无损的定义来研究损耗对FBAR性能的影响。并且利用IEEE有损谐振频率定义重新研究了该内容,给出了压电薄膜机械品质因数并不影响FBAR有效机电耦合系数的结论。除此之外,本章还研究了材料弹性性质(电极对压电薄膜的面密度比率)对FBAR有效机电耦合系数的影响,由结果知,电极与压电薄膜的阻抗比率决定了该影响曲线的变化规律,对于相近阻抗比率的FBAR,其有效机电耦合系数随面密度比率变化的最大增加比率和该极值所对应的面密度比率相近,该结论适用于不同压电薄膜和电极材料,同时举例说明如何利用该结论结合特定的谐振频率要求来优化FBAR的有效机电耦合系数。此外还研究了FBAR材料的机械品质因数对FBAR谐振品质因数的影响,结论表明,压电薄膜和电极的机械品质因数直接影响FBAR的谐振品质因数,FBAR的谐振品质因数随材料的机械品质因数增加而增大,而电极的厚度越薄、电极材料中的声速越大,则越有利于提高FBAR的谐振品质因数,并且,当电极厚度非常薄时,FBAR的谐振品质因数恒等于压电薄膜的机械品质因数。电极弹性常量(面密度)对谐振品质因数也存在影响,该影响规律取决于电极对压电薄膜的阻抗比率,阻抗比率越大越有利于提高FBAR的谐振品质因数。以上结论可应用于实际FBAR器件的理论模拟与性能优化中。　　 第五章,对整个论文内容进行了总结。