射频磁控溅射法制备PZT薄膜工艺及研究综述.

射频磁控溅射法制备 PZT 薄膜工艺及研究

实验材料及设备:载玻片(1cm×1cm ,硅片( 0.5cm×0.5cm

镀膜机:MSP/ED-300c型磁控溅射 /热蒸发镀膜机(北京创世威纳科技有限公司

实验工艺参数

Pzt 薄膜的作用

近年来,随着薄膜制备技术的发展,铁电薄膜在非挥发性铁电存储器中的应用日益广泛。随着铁电集成器件向着微型化方向发展。开展纳米尺度薄膜压电性、铁电性等物理性能的研究显得尤为迫切。关于纳米尺度铁电薄膜物理性能的表征方法已成为铁电材料研究领域中的一个重要研究方法。

PZT 薄膜具有优良的铁电性能和高的介电常数使之成为制备 FRAM(非挥发性铁电存储器的优选材料。

随着薄膜制备工艺的迅猛发展,目前制备高质量的 PTZ 薄膜已经成为了可能,而优质的 PZT 薄膜也将有助于 PZT 薄膜器件的研发和推广,不烟民开排号新的领域。据今为止, PZT 铁电材料是所有压电陶瓷和薄膜中压电性能电好的材料。这是因为PZT 薄膜具有明显的正压电效应和负压电效应,当它用于传感器的制作时,具有高的灵敏度和低电噪声;用于驱动器的制作时具有很高的响应速度和较大的输出应力。所以它被广泛应用于电子、光学、微机械、各种压电功能器件和微电子机械系统(MEMS 等领域,例如用于悬臂梁驱动器、原子力显微镜、超声微马达等方面。

由于电子技术 , 信息技术和控制技术的发展 , 要求器件小型化和集成化 , 对新材料提出了新的要求 . 人们预言 , 21 世纪是以智能材料 ( intelligent materials和敏感材料 ( smart materials 为代表的时代 . PZT 就是这样的一种智能材料 . 所谓 PZT是指 Pb( Zr, Ti O3 功能陶瓷 , 是 ABO3 型钙钛矿结构 , Zr, Ti处于氧八面体的中心 , Pb 处于氧八面体的间隙 [ 1]. PZT 功能薄膜由于其优良的压电性能 , 热电性能 , 铁电性能 , 光电性能和介电性能被广泛地应用于传感器 , 驱动器和各种精密仪器的控制

部分 . 压电功能的应用已从最初的简单的压电振子 , 拾音器等发展到能源、信息、军事以及其他高新技术领域 [ 2]. 扫描隧道显微镜 , 超声医疗技术 , 自动聚焦照相机 , 哈博天文望远镜等都离不开压电陶瓷的发展 . 但是疲劳 , 老化 , 极化反转时间的延长等缺陷严重地影响了 PZT 薄膜的应用 .

PZT 薄膜因它们具有优良的压电性能 , 热电性能 , 铁电性能和介电性能而被广泛地研究 [ 3- 5]. 制备 PZT 薄膜的方法主要有化学沉积和物理沉积 , 目前用到的具体方法有 :金属有机化学气相沉积法

( MOCVD[ 6], 溶胶凝胶法 ( Sol-gel 它包括有胚种 ( seed 和无胚种 ( unseed 两种 [ 7, 8],催化化学气相沉积法 ( Catalyt ic CVD[ 9],脉冲激光沉积法 ( Pulsed Laser Position[ 10],反应脉冲沉积法

( Reactive Pulsed Deposition[ 11],电子束沉积法 ( Electron- beam Deposition[ 12],等离子体激活的化学气相沉积法 ( PECVD[ 13], 溅射法 ( Sputtering 包括反应溅射( React ive Sput tering[ 14], 磁控溅射 ( Mag netron Sput tering [ 15], 射频溅射 ( Radio Frequency Sputtering [ 16]等 . 目前每种方法都在使用 , 各种方法都有自己的特点(如表 1 .具体情况可参阅有关资料 .