间歇式动力铁电薄膜MEMS设备的制备与应用
mems 压电薄膜
mems 压电薄膜
摘要：
一、mems压电薄膜的简介
二、mems压电薄膜的工作原理
三、mems压电薄膜的应用领域
四、mems压电薄膜的发展前景与挑战
正文：
mems压电薄膜是一种采用压电材料制成的薄膜，具有将机械应力转化为电信号的特性。
mems压电薄膜广泛应用于各种传感器、致动器和能量收集器等微电子器件中。
mems压电薄膜的工作原理基于压电效应，即在某些特定材料（如钛酸钡、锆钛酸铅等）中，受到机械应力时会产生电荷。
当mems压电薄膜受到外部力的作用时，材料会产生相应的形变，从而产生电荷，进而输出电信号。
mems压电薄膜的应用领域非常广泛。
在传感器方面，mems压电薄膜可以用于压力、加速度、声波等传感器的制作。
在致动器方面，mems压电薄膜可以用于制作微米级别的致动器，实现微小物体的移动和定位。
在能量收集器方面，mems压电薄膜可以用于收集环境中微小的机械振动能量，并将其转化为电能。
尽管mems压电薄膜在微电子领域具有广泛的应用前景，但目前仍面临着一些挑战。
例如，如何提高压电薄膜的压电系数、降低其生产成本、提高生产效率等。
此外，研究者还需要寻找更环保、更可持续的压电材料。
总之，mems压电薄膜是一种具有巨大应用潜力的微电子材料。
微机电系统(MEMS)技术 MEMS压电薄膜机电转换特性的测量方法-最新国标
微机电系统（MEMS）技术MEMS压电薄膜机电转换特性的测量方法1 范围本文件规定了用于压电式微传感器和微执行器等器件的压电薄膜机电转换特性测量方法。
本文件适用于MEMS工艺制备的压电薄膜。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 26111微机电系统（MEMS）技术术语3 术语和定义GB/T 26111界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1单压电层梁unimorph beam document由基底和基底上的一层压电薄膜构成的梁。
3.2正横向压电系数direct transverse piezoelectric coefficient由应变或应力产生的电荷或电压，通过计算得到压电薄膜的横向压电系数。
3.3逆横向压电系数converse transverse piezoelectric coefficient由电场或电压引起的应变或应力，通过计算得到压电薄膜的横向压电系数。
4 MEMS压电薄膜试验台4.1 概述以下横向压电特性的测量方法适用于单压电层梁。
MEMS压电薄膜横向压电系数试验台的功能模块或组件的基本构成见图1。
试验台符号和名称见表1。
12标引序号说明： 1 被测压电薄膜2 与被测薄膜上下表面接触的电极（2a 为上电极，2b 为下电极）3 基底4 夹具5 线性执行器（不用于逆压电效应测量）6 位移计7 测量并计算正横向压电系数的电测量仪器（即电压表、电荷计、电流表、示波器或锁相放大器）和测量并计算逆横向压电系数的激励源（函数发生器和放大器）图1 MEMS 压电薄膜的正和逆横向压电系数试验台表 1试验台的符号和名称推导的横向压电系数（表 1 试验台的符号和名称（续）4.2 功能模块和组件4.2.1 概述MEMS压电薄膜横向压电系数试验台各核心功能模块或组件的具体说明见4.2.2至4.2.6。
mems压电薄膜
mems压电薄膜标题：mems压电薄膜技术应用及发展前景分析引言MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）压电薄膜技术是一种结合了微机电系统和压电效应的新型技术，应用于传感器、执行器、声波滤波器等领域。
随着科技的发展和应用需求的增加，mems压电薄膜技术的应用也日益广泛。
本文将从mems压电薄膜技术的基本原理、应用领域以及发展前景等方面进行分析。
一、mems压电薄膜的基本原理1.压电效应压电效应是指一些材料在受到外力的作用下会产生电荷分布不均，从而产生电场的现象。
压电材料是利用这种效应来实现机械位移和电信号转换的材料，其具有优良的压电性能。
2. mems压电薄膜mems压电薄膜是指利用MEMS技术制备的压电材料薄膜，其具有微型化、高灵敏度和高性能等特点。
mems压电薄膜的制备过程包括压电材料的选择、薄膜制备、微加工和封装等步骤。
二、mems压电薄膜技术的应用领域1.传感器mems压电薄膜技术在传感器领域有着广泛的应用，尤其是在压力传感器、加速度传感器和声波传感器等方面。
mems压电薄膜传感器具有微型化、高灵敏度和低成本等特点，广泛应用于医疗、汽车、航空航天等领域。
2.执行器mems压电薄膜技术也被应用于执行器领域，例如微型压电马达、微型压电阀等。
这些执行器具有快速响应、高精度和低能耗等特点，广泛应用于微型机器人、微流体控制和生物医学设备等领域。
3.声波滤波器mems压电薄膜技术在声波滤波器领域也有着重要的应用，例如微型声表面波滤波器（MEMS SAW Filter）和微型压电声波滤波器（MEMSBAW Filter）。
这些滤波器具有微型化、频率稳定和高品质因数等特点，广泛应用于通信、无线电和雷达等领域。
三、mems压电薄膜技术的发展前景1.技术发展mems压电薄膜技术将通过类似于集成电路工艺的微加工技术实现更高的集成度和更小尺寸的器件，从而实现微型化、多功能化和系统集成化。
mems 压电薄膜
mems 压电薄膜
（最新版）
目录
1.介绍 MEMS 压电薄膜
2.探讨 MEMS 压电薄膜的特性和应用
3.分析 MEMS 压电薄膜的优势和局限性
4.总结 MEMS 压电薄膜的未来发展前景
正文
MEMS（微机电系统）压电薄膜是一种具有重要应用价值的微电子器件，它是通过微电子工艺制程制造出来的一种能将机械应变转化为电能的薄膜。
MEMS 压电薄膜主要由压电材料、电极和绝缘层等构成，具有体积小、重量轻、响应速度快等特点，广泛应用于传感器、能量收集、超声波器件等领域。
MEMS 压电薄膜的特性主要表现在其能够将机械应变转化为电能，这
种特性使得 MEMS 压电薄膜在许多应用领域具有显著的优势。
例如，在传感器领域，MEMS 压电薄膜可以实现对物体的各种物理量的高精度测量；
在能量收集领域，MEMS 压电薄膜可以有效地将环境中的机械能转化为电能，为微电子设备提供稳定的能源；在超声波器件领域，MEMS 压电薄膜
可以实现高性能的超声波信号的产生和接收。
尽管 MEMS 压电薄膜具有许多优势，但是它也存在一些局限性。
例如，MEMS 压电薄膜的制造工艺较为复杂，需要通过微电子工艺制程进行制造，这使得其制造成本较高；此外，MEMS 压电薄膜的性能也受到许多因素的
影响，例如材料的选择、薄膜的厚度等，这使得其性能的优化较为困难。
总的来说，MEMS 压电薄膜是一种具有重要应用价值的微电子器件，
它通过将机械应变转化为电能，为许多应用领域提供了高性能的解决方案。
PZT薄膜的制备及其与MEMS工艺的兼容性
中 图分 类号 ：Ｔ ０ ． Ｎ１ ４ ２
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：０ ５ — １ ７ ２ ０ ） ０ １ ７ —５ ２ ３４ ７ （ ０ ６ １ —７ ６ ０
与底 电极 的图形化 与 ＭＥ 工 艺 的兼容性 问题 ＭＳ
１ 引 言
锆钛 酸铅 （ Ｚຫໍສະໝຸດ 材 料是一 种性 能优 良的铁 电材 Ｐ Ｔ） 料 ， 有较 好 的铁 电 、 电 、 释 电 、 光性 能 ， 广 具 压 热 声 被
２ 实 验
首 先在 ＳＯ Ｓ（ ０ ） 甩正 性 光 刻 胶 ， 负 性 ｉ ／ ｉ１ ０ 上 用 铬 版作 为掩膜 光 刻 ． 然后 在 显影后 的光刻胶 上 ， 利用
泛 应 用 于非 挥 发性 铁 电存 储 器 、 传感 器 ＿ ］ 微 ］微 ２ 、 执行器 ］微 压 电 超 声 成 像 换 能 器＿ 等 方 面 ． 年 、 ５ 近 来， 随着 微 电子 机 械 系统 （ ＭＥＭＳ 的 发展 ， ＺＴ薄 ） Ｐ 膜被越 来越 多地 应用在 微传 感器 和微 执行 器中 ． 目前 ， Ｚ 薄膜 的制 备方 法 主要 有 ： 胶． 胶 ＰＴ 溶 凝 法 （ｏ． １ｒ 、 属 有 机物 分 解法 （ Ｓ １ ） ］金 Ｇｅ ６ ＭＯＤ）７、 射 ＿ ｌ 溅 ］ 法 ］金 属有 机化 学气 相沉 积 法 （ 、 ＭＯＣ ＶＤ）９、 冲 ＿ 脉 Ｊ 激 光沉 积法 （ Ｌ ［ 水热法 ＿ 等 ． Ｐ Ｄ）１ 、 ｌ ¨ 由于溶 胶． 胶 凝 法 能精 确控 制薄 膜 的组 分 ， 以制 备 大面 积 高 质 量 可 的薄膜 ； 分具有 高度 的均 匀性 ， 以达到微 米级 甚 组 可 至纳米 级 ； 备条 件与半 导体 工艺兼 容性 好 ； 制 设备 简 单成本 低 ， 合 于大批 量生 产 ； 通过对 先驱 体溶 液 适 可 的成分 调节 ， 备 出各 种 掺 杂 的复 杂 固溶 体 Ｐ Ｔ， 制 Ｚ 因而 被广 泛 应 用 于 ＭＥ ． ＭＳ 目前 Ｐ Ｔ薄 膜 及 其 电 Ｚ 极 的图形化 主要 有 干法 刻 蚀 和 湿法 腐 蚀 两 种 ． 法 干 刻蚀 由于刻蚀 终点 难 以控制 等原 因 ， 以 与 ＭＥ 所 ＭＳ 工艺 的兼容 性不是 十分 理想 ． 湿法 腐蚀 由于 Ｐ ＺＴ薄 膜 的底 电极 以及 Ｐ ＺＴ薄膜 本 身 的 图形 化 需 要 强 酸 长时 间腐蚀 等原 因 ， 以也 造成 了 Ｐ Ｔ薄膜 的制 备 所 Ｚ 工 艺与 ＭＥＭＳ工 艺兼 容性 差 ． 此 ， 们 采 用 先 图 为 我 形 化后热 处理 的 方 法较 好地 解 决 了这 一 问题 ． 文 本 采用直流磁控溅 射设备在 ｓ ２ ｓ 上制备 了 Ｐ／ ｉ ｉ ／ｉ ０ ｔＴ 底 电极 ， 在 其 上 继 续 用 溶 胶． 胶 法 制 备 了 Ｐ Ｔ薄 并 凝 Ｚ 膜， 用热蒸 发 法制 备 了上 电极 Ａ ． ｕ 主要 研 究 了 Ｐ Ｔ Ｚ
金属薄膜在MEMS传感器中的制备与应用研究
金属薄膜在MEMS传感器中的制备与应用研究第一章引言MEMS（MicroElectroMechanical System，微电子机械系统）的兴起使得传统机电系统得到了极大的发展。
其中，金属薄膜作为MEMS传感器中的重要组成部分，具有重要的应用前景。
本文针对金属薄膜在MEMS传感器中的制备与应用进行了详细的研究与总结。
第二章金属薄膜的制备技术金属薄膜的制备技术是实现MEMS传感器的关键技术之一，其主要包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溅射沉积、电化学沉积等。
在这些制备技术中，PVD技术是最为常用的一种技术，其可以制备出较为均匀的金属薄膜，并且具有较好的膜质，可以满足MEMS传感器的应用需求。
此外，CVD技术可以实现较大厚度的金属薄膜的制备，但相同厚度下与PVD比较，薄膜质量较低。
电化学沉积可用于微型组件的制备，但由于其工艺复杂度大，不太适用于MEMS传感器的制备。
第三章金属薄膜在MEMS传感器中的应用金属薄膜在MEMS传感器中的应用主要有以下几个方面：1.振动传感器MEMS振动传感器是利用MEMS技术与电传感技术相结合，基于压电陶瓷晶片，并将晶片封入微机械振动构件中制成。
其中，金属薄膜可以用于制备振动膜片，其可蕴含结构参数与材料参数信息。
2. 压力传感器MEMS压力传感器基于微机械结构、薄膜应变和微电子技术，可以直接将测试点的压缩力转化为电信号输出，广泛应用于高速列车安全监测系统、气动力学、海洋探测与钻井监测等领域。
其中，金属薄膜可以用于制备感应电极或电容组成良好的传感器结构。
3. 温度传感器温度传感器是一种将温度信号转换为电信号输出的设备，主要应用于环境监测、工业自动化等领域。
其中，金属薄膜可以用于制备热敏电阻或热电偶，实现温度的测量。
第四章金属薄膜在MEMS传感器中的优化为了提升金属薄膜在MEMS传感器中的应用性能，需要对金属薄膜进行优化。
在优化中，主要是对金属薄膜的厚度、膜质、晶格等进行控制与调整。
铁氧体薄膜
铁电存储器(FeRAM)的电路结构
2T-2C结构 由两个场效应管两个 电容构成一存储器记 忆单元 通过比较两边的输出 而得出存储的信息
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铁电体存储器优点
即使在电源中断 的情况，存储的 信息也不会丢失 低能耗，小尺寸， 抗辐射
读取时间快
易与其它Si 器件集成
Thanks
铁电体薄膜制备
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溶胶-凝胶制备铁电薄膜的基本过程：
基片的用
铁电薄膜具有良好的铁 电性、压电性、热释电 性、电光及非线性光学 等特性，可广泛应用于 微电子、光电子学、集 成光学和微电子机械系 统等领域，如铁电存储 器，微型压电驱动器、 热释电红外单元探测器 与阵列探测器、光波导、 空间光调制器喝光学倍 频器等。
铁电体薄膜的制备与应用
讲述人：龙宫頔 组员：王睿，刘耀铭，兰若心，廖健，李润洲
目录
铁电体薄膜的特性
铁电体薄膜的制备
铁电体薄膜的应用
铁电性薄膜的特性
铁电薄膜具有介电性、压电性、 热释电性、铁电性、以及电光 效应、声光效应、光折变效和 非线性光学效应等重要特性， 人们可单独利用其中某一性质 或综合利用多种特性研制众多 的铁电薄膜器件。随着薄膜制 备技术的不断突破和飞速发展， 铁电薄膜和铁电集成器件具有 很好的应用前景，是目前功能 材料与器件的研究热点。
MEMS中的薄膜制造技术
1 引言自从1857年Faraday第一次观察到薄膜淀积的现象到现在，薄膜制造技术得到广泛的应用，从最早应用在玩具和纺织行业，到现在无所不在的集成电路，薄膜制备技术几乎渗透到我们日常生活的每个角落，据统计仅薄膜设备一项，全球每年的销售额可以达到数百亿美元，而应用这些薄膜设备制造的产品销售额要在100倍以上，不但应用广泛，薄膜淀积的技术也飞速进步，发展了很多种类，IC制造行业每5年就会更新一次设备，这其中有大量薄膜制备设备，薄膜淀积的面积从最初φ50mm（2英寸）到φ300mm（1 2英寸），薄膜厚度从零点几个纳米到几个毫米，可见薄膜制备技术一直在飞速的进步，相应的理论研究非常深入和广泛，从经典的热力学理论到建立在原子级观测的成核理论，几乎涉及到薄膜科学的每个方面，MEMS中的平面工艺可以说是薄膜淀积技术和光刻、刻蚀技术的组合，掩蔽层、牺牲层、LIGA技术中的电镀都离不开薄膜制备技术。
MEMS中使用的薄膜制备可分为如下4类：（1）真空薄膜制备技术，主要包括：Physical Vapor Deposition （PVD）-原子直接通过气相从源到达衬底的表面，PVD和Chemi cal Vapor Deposition（CVD）--通过化学反应在衬底上形成薄膜；（2）热氧化法；（3）水溶液薄膜淀积即所谓的电镀技术--plating；（4）物理淀积（spin－on、sol－gel），可以看出MEMS中的薄膜制造技术，除了电镀技术都来自于传统的IC制造工艺。
2 讨论2.1 真空薄膜淀积理论的研究概况从薄膜淀积的现象被发现到现在，对薄膜淀积理论的研究一直在进行，其根本目的就是能够预言反应的过程，对实验提供指导，研究的范围涉及到薄膜淀积过程的各个层面，从宏观热力、动力学研究到建立在原子级观察基础上的微观动力学的研究，基本思想都是以热力学理论、反应动力学理论、表面物理理论、以及量子力学为基础。
真空薄膜淀积的理论研究建立在经典的热力学理论和表面物理学化学理论基础之上，特别是由于表面研究手段不断丰富和进步，对薄膜的微观结构和表面生长的动力学的研究越来越深入和完善，无论是PVD还是CVD都是微观粒子运动到衬底表面，碰撞成核，然后聚集成膜的过程，对薄膜淀积的理论研究也集中在对这三个过程的研究上，由于PVD淀积是一个物理过程，相对CVD过程要简单一些，对PVD反应原理的研究作出重要贡献的三位科学家Lertz，Knudsen and Langnuir；1882年Hertz 最早测出了水银在高真空的淀积速率[2]，1915年knudsen提出封闭容器的knudsen-cell模型[3]，以及Langnuir在knudsen-cell基础上总结出knudsen-Langnuir[4]关系式等，后人在他们的基础上逐步完善着PVD的理论模型，CVD的理论研究主要是反应热力学理论和反应动力学理论的结合以及微观结构的研究，反应热力学主要研究反应的状态，是对反应静态的研究，反应动力学主要研究的是反应的过程，其核心思想是反应速度。
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间歇式动力铁电薄膜MEMS设备的制备与应用
随着科技的快速发展，人们对微小器件的需求越来越高。
其中，MEMS
（Micro-Electro-Mechanical-Systems，微电子机械系统）技术是目前研究最为活跃
的领域之一。
MEMS设备是指通过微加工技术将微机电元件制造在微米或纳米级
别的硅片上，从而实现微型化、高集成度、高性能的微机械器件。
现代MEMS技
术已经广泛应用于气体传感、光学器件、机械设备等领域。
而本文所介绍的间歇式动力铁电薄膜MEMS设备，则是在MEMS技术的基础上，通过使用铁电材料制备
的MEMS设备，实现了高灵敏度、高稳定性的动力传感器。
一、铁电材料在MEMS中的应用
铁电材料最早应用于军事领域，用于制造高精度惯性器件。
铁电材料是一种具
有自极性和反极性等性质的材料，具有电介质和电存储性能，被广泛应用于
MEMS中。
与纯硅MEMS相比，铁电MEMS具有更高的压电和介电响应。
铁电薄膜可以制备在单晶硅、多晶硅和玻璃等材料表面，从而获得更好的电学特性。
以铁酸锶钡为例，其铁电常数约为200-300倍的硅材料，而压电常数则是硅材料的3-10倍。
铁电材料的应用还将传感器和执行器集成在一起，进一步提高了MEMS器件
的整体性能。
目前，铁电材料在MEMS领域的应用主要集中在动力传感器、惯性
传感器和陶瓷低温共烧技术等方面。
二、间歇式动力铁电薄膜MEMS设备的原理和制备
间歇式动力铁电薄膜MEMS设备的原理是基于铁电材料的压电效应，利用铁
电材料在加上外加压电场的作用下会发生形变而产生电压的特性，来测量其运动状态。
这种MEMS传感器是一种非接触式、低损耗的传感器。
其在高稳定、高精确、高稳健和长寿命方面的性能表现更加明显。
制备间歇式动力铁电薄膜MEMS设备的关键是铁电薄膜的制备和微加工过程
的控制。
常用的制备方法包括溶胶-凝胶、分子束外延和室温共烧等。
其中，分子
束外延方法得到了较为广泛的应用。
分子束外延是利用高能度的粒子束在真空环境下磨灭目标材料的表面，使其形成单层的薄膜。
分子束外延具有制备高质量铁电薄膜的优势。
在微加工过程中，采用微影技术、铝浇注和化学腐蚀等技术将薄膜构件制成所需要的形状。
三、间歇式动力铁电薄膜MEMS设备的应用
间歇式动力铁电薄膜MEMS设备的主要应用领域包括机械运动测量、汽车底
盘测试、振动测试等。
动力传感器是工业制造、交通运输、航空航天等领域广泛应用的传感器。
其中，汽车领域应用最为广泛。
间歇式动力铁电薄膜MEMS设备可
以测量汽车底盘的横向加速度、垂直加速度和转向角度等运动状态，为汽车动力学测试和性能分析提供了重要的数据支持。
汽车底盘测试可以帮助汽车制造商优化产品设计，提高产品的性能和安全性。
四、结语
间歇式动力铁电薄膜MEMS设备的制备技术和应用前景是近年来MEMS技术
研究的热点之一。
该技术的研究不仅扩展了MEMS的应用领域，而且对工业制造、交通运输等领域产生了广泛的影响。
铁电材料在MEMS领域的应用将进一步推动
微纳米技术的发展，为科技的快速发展提供了有力的支持。