以溶胶凝胶法制备PZT压电薄膜於喷墨技术之应用.PDF

工程科技與教育學刊 第六卷 第三期 民國九十八年九月 第 273 ～283 頁 以溶膠凝膠法製備 PZT 壓電薄膜於噴墨技術之應用 蔡立仁、林哲宇 國立高雄應用科技大學 機械與精密工程所 E-mail: liren@cc.kuas.edu.tw 摘 要 本研究主以溶膠-凝膠法（ sol-gel ），製備鋯鈦酸鉛Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 （PZT ）壓電薄膜，此方法的優點包 括：成本低、調整比例精準、易於製作大面積。所得試片以 XRD 作結晶相分析，利用 SEM 觀察薄膜表面， 同時電滯曲線儀測其壓電性。 研究結果，550~650℃的高溫能獲得鈣鈦礦相結構。基板 Pt/Ti/SiO2/Si 在 550℃、600℃退火，測量其鐵 電性質分別可得最佳殘留極化電場 Pr=8.124μC/cm2 、Pr=13.348μC/cm2 關鍵詞：溶膠凝膠、殘留極化電場 1. 前 言 隨著製程的技術不斷進步，主動元件功能大幅躍進、體積不斷微小化，如果將壓電材料應用於電子週 邊產品，便可得到更輕、薄、短、小且功能強大的前衛產品。 微機電系統 （Mircoelectro-mechanical systems,MEMS ）中所應用的先進材料，鐵電薄膜 （Ferroelectric thin film ）具焦電性（pyroelectric ）、高介電常數、壓電性（piezoelectric ）等多項特性。由於具有如此多之特性， 並有廣大之應用價值。 近年來，科學工作者越來越關注 PZT 壓電薄膜，有著其他潛在的應用。若利用鐵電陶瓷材料的焦電性 則可製成熱釋電探測感測器（Pyreolectric infrared detectors ）[1] 、若利用壓電性則可製成靈敏的壓力感測器 （Pressure sensor ）、加速計（Accelerometer ）、微馬達（Micro motor ）、微幫浦（Micro pump ）壓電致動器(PZT actuators) 、超音波轉換器（Ultrasound transducers ）；若利用電光性質（Electro-optic ），可製成光閘元件、光 導電記憶體及顯示器；若利用鐵電陶瓷材料的電滯（Hysteresis ）特性，則可製成非揮發性鐵電記憶體 （Non-volatile ferroelectric random access memories, NVFRAM ）[2] 、[3] 、[4] 、[5] 。 在所有 PZT 壓電薄膜，溶膠凝膠法（sol-gel ）被廣泛應用，可以達到奈米等級的薄膜、調配比例精準、 成本低、均勻性佳與再現性佳。 表 1 溶膠凝膠法製備 PZT 壓電薄膜文獻回顧 year Author Zr ：Ti Annealing Pr(μC/cm2) Ref L.Sun 2004 30 ：70 640℃ 7.2 [6] et al J G E Gardenierst 1995 52 ：48 850℃ 5 [7] et al M. Es-Souni 2007 52 ：48 700℃ 1.18 [8]