PZT 压电薄膜在MEMS 中的应用.pdfVIP

2001正 微 细 加 工 技 术 № 4 第 4期 Microfabr[cationTechnolo~, 2OOl 文章编号 ：1003—8213(2001)04—0044—06 PZT压 电薄膜在 MEMS中的应用 胡正军，王莉，徐东。蔡炳初 (上海交通大 学信息存储研究中心，上海 200030) 摘要：从 MEMS应用的角度介绍 了PZT压电薄膜的制备、集成工艺与压电系数的测 量，并给 出了压 电薄膜在 MEMS中的应用实例 关键词 ：MEMS；压 电薄膜 ：PZT 中国分类号：TN304·055 文献标识码 ：A 引言 测器和复杂 的热成像阵列等t 。 基于 MEMS的应用 ，本文着重对压 电薄 微细加工技术制作 的徽 ／N-米结构与微 膜的 P 溶胶一凝胶制备 、压 电系数及 测量 控 制 器 件 相 结 合 ，导 致 了微 机 电 系 统 技术与集成工艺 ，加 以介绍和讨论 ，并给 出 (MEMS)的诞 生t 。在 过去 的十 几 年里 ， 压电薄膜在 MEMS中的应用实例 。 MEMS技术得到 了迅速 的发展 ，展示 出 了，诱 人的发展前景 。 2 PZT压 电薄膜制备 传感和驱动功能是 MEIvIS技术 的核心 ， MEMS技术 的发展要求其 材料 能对 外界 信 PZT压 电薄膜 的制备方法主要有溅射 号做 出灵敏 的响应或输 出较大 的应力和应 法 、溶胶一凝胶法 【J和丝 印法 8【,9]等 。溅射法 变。压 电 材 料 特 别 是 锫 钛 酸 铅 系 (Pb 的优 点是薄膜致密 ，厚度均匀。但溅射 设备 (ZrxTiI—x)o3或 PzT)的压 电材料 ，具有 明 成本较高 ，沉膜速率较慢 ，而且组分不易控 显的正压 电效应和逆 压 电效应 ，在传感应用 制。溶胶一凝胶 (Sol—ge1)法 的优 点在于 ：能够 时具有高灵敏度和低 电噪声的特 点，在驱动 与光刻工艺兼容 ，可以制备大面积涂层 ，精确 应用时，具有很高 的响应速度和较大 的输 出 地控制组分 ，设备 成本 低 ，并且 还可制备厚 应力 ，从而在 MEMS器件 中处于重要地位 。 膜 ，但 S。1ReI的原料具 有毒性 。Rajnish-“ 现有 的压 电 MEMS器 件 有 ：悬 臂 粱驱 动 等人 用 S。l—Re1法 ，制 备出 lOtLrn厚 的多层 器 l22l、原 子力显微镜探针_33_、超声微 马达 J PZT膜。用丝印法制备 的膜厚 可达 100pmj 和微泵 等 。另外 ，利用 P 压 电薄膜 的 良 但这种方法制得 的PZT膜需要 950℃的高温 好热释 电效应 ，还制造出气体传感器 、火焰探 退火处理 ，难 以与其他微细加工工艺兼容 ，而 收稿 日期 ：2001一】【3—22 作者简介 ：胡正军 (1974一)，男 ，江苏省盐城 市人，硕士研 究生，从事 PZT压电薄膜的制备 ；王莉 (1973 一 )，女 ，上海市崇明县^ ，上海交通大学讲师 ；徐 东 (1957一)，女，山东省海阳县人，研究员 ；蔡炳初 (1938一j， 男，上海市浦东新 区人 ，教授 ，博士生导师 ： 胡正军等 ：PZT压 电薄膜在 MEMS中的应用 且在高温处理 时铅会 扩散 到硅 中[8,91。因 提高向钙钛矿 PZT的转变率，加 了 Prr后 ， 此 ，将 So／一 法 制 备 的 PZT 薄 膜 应 用 于 PZ