采用MOD工艺制备PZT压电薄膜及性能研究.pdfVIP

STC’99 采用MOD工艺制备PZT压 电薄膜及其性能的研究 张之圣陈智勇王聪修 天津走学电子信息工程学院天津300072) 擅要：本文比较详细地研究了采用金属有机化合物热分解(MOD)法制各锆钛酸铂Pb (Zro 程，翩得具有钙钛矿结构的PZT薄膜+铂电极有利于钙钛矿相形成。薄膜的介电温谱研究 结果表明：薄膜的居里温度约为430℃(IKHZ)。 ．E；囊翟蠖：。：。， 关键词：金属有机化台物，错钛酸铅，铁电薄膜 一、引言 薄膜上艺的发展为制作高质量的铁电薄膜建立了技术基础，而优质的铁电薄膜将推动和 技展铁电材料的多功能效应，并开拓新的应用领域。目前铁电薄膜的应用主要有电学应用和 光学应用两个方面。在电学方面的应用主要包括：随机存储器、声表面波滤波器、铁电薄骥 场效戍晶体管，机敏传感器，热释电红外探测成象器等：在光学方面的应用主要包括：光快 门、光波导调制器、光显示和光存储、电光调制器等。 二，MoD工艺 2．1MOD I．艺原理 MOD的基本原理是：把所需元素的金属有机化合物溶于相应的溶剂中，并把这些溶剂 以适当的比例混台在一起，以获得与所要制得薄膜成分正离子化学计量比相一致的均匀溶 液。溶液中的成分可以用不同的方法淀积到衬底基片上产生湿膜，加热除去未挥发的溶剂 后，再加热使金属有机化合物分解而获得所需的无机薄膜。从湿膜到无机膜的过程中，薄膜 体积发生巨大变化。如果用单步MOD工艺制备的无机薄膜厚度不够，可重复淀积和热分解 过程以制得厚度令人满意的多层膜。在获得所需厚度的薄膜以后，常需要进一步加热以优化 晶粒取向。 与其它制造铁电薄膜的r艺相比，MOD工艺有如F许多优点： ①MOD1=艺中各种不同成分是在分子或胶粒水平上混合的，这使得反应活性较高，使 薄膜更致密。②MOD工艺可以制各丈面积的成分特别单一的薄膜。③MOD工艺可在PP|Il 或PPb数量级上进行掺杂改性。④MODC艺热处理温度较低，这有效防止了不同种物质的 选择一牲挥发的问题，同时也可以获得晶粒尺寸特别好的多晶薄膜。⑤MOD工艺无需具备真 空条件，也不需要溶液经过凝胶过程或粉末状态，因而I：艺简便，成本低廉，比较经济。 2．2金属有机化合物的选择 MOD 采j{j j．艺制备薄膜的成功与否完全取决于作为不同元素母体的金属有机化台 物。理想的金属有机化台物应满足如下十项要求： ④艮育明确的表示式和结构的纯净化合物。这项要求是必要的，因为可以重复制得性能 372 。、{ 好鲍薄膜．@易于台成和撬纯．MOD工艺所需的部分原料不能从市场上买到。因此，化合 物必须是能够用基本化学方法台成的纯狰的化台物。@热分解过程中不蒸发、熔化或遗留碳 化物．④高的金属含量．这一要求可以将从金属有机化合物分解为非金属薄膜的过程中的体 积变化降至最小．⑤在普通溶剂中的高溶解度。这样淀积的有机物薄膜到无机非金属薄膜过 程中体积变化最小． 毒 在大多数情况下，④和⑤并不兼容．必须在④、⑤之间达成妥协。 @在周围环城中保持稳定．在通常气氛中进行MOD工艺是非常令人满意的，这意味着 化台物对空气中的普通成分如水蒸汽或C02不敏感。⑦在溶液中不与其它化合物反应。⑧适 当的分解温度．在一个给定的配方中，所有元素的金属有机化合物应具有大体一致的分解温 暮 度。⑨无毒并且在热分解时产生的气体应较温和。⑩从生产的角度讲，成本效率高。 以上这些要求不能同时被满足，必须综合考虑各种因素进行选择。在本实验中．金腐有 机化合物选取乙酸钳、庚酸氧锆、丁醇钛、溶剂选取乙二醇乙醚、二甲苯。 2．3先体溶液的合成