用于沉積壓電材料的方法以及用其沉積的材料與流程

用于沉積壓電材料的方法以及用其沉積的材料與流程1.概述沉積壓電材料是制作MEMS、傳感器等微納加工技術(shù)中的重要步驟。為了獲得優(yōu)質(zhì)的壓電性能，合適的沉積方法和材料選擇是至關(guān)重要的。本文介紹了壓電材料的沉積方法以及沉積的材料與流程。2.常見的沉積方法2.1物理氣相沉積（PVD）物理氣相沉積（PhysicalVaporDeposition，簡(jiǎn)稱PVD）是沉積壓電材料的一種重要方法。其中，熱蒸發(fā)和磁控濺射是目前最常用的PVD方法。這兩種方法的基本原理是通過將固態(tài)材料轉(zhuǎn)化成氣態(tài)，然后在襯底表面上重新沉積，形成薄膜。熱蒸發(fā)法由于需要加熱蒸發(fā)源，因此易引起較大擾動(dòng)，對(duì)于特殊場(chǎng)合的薄膜生長(zhǎng)（如生長(zhǎng)高溫?zé)岱€(wěn)定薄膜），則會(huì)使材料失活，因此使用較少。磁控濺射法則可以在較低的溫度下生長(zhǎng)薄膜，并可以在復(fù)雜的襯底上生長(zhǎng)，因此在MEMS、傳感器制備中較為常用。2.2化學(xué)氣相沉積（CVD）化學(xué)氣相沉積（ChemicalVaporDeposition，簡(jiǎn)稱CVD）是利用化學(xué)氣相反應(yīng)使氣體中的原子、分子、離子或原子團(tuán)在基板上沉積并形成薄膜的技術(shù)。CVD薄膜具有制備溫度低、質(zhì)量好、厚度均勻度高等優(yōu)點(diǎn)，因此在MEMS制備中也得到了廣泛應(yīng)用。2.3溶膠-凝膠法（Sol-Gel）溶膠-凝膠法是利用金屬有機(jī)化合物水解并縮聚所形成的溶膠，在適當(dāng)條件下，加入表面活性劑、離子或小分子摻雜后，通過定向凝膠生成陶瓷薄膜。由于溶膠-凝膠法無需在生長(zhǎng)過程中加熱或加壓，因此可以制備成形高精度復(fù)雜的MEMS結(jié)構(gòu)，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。3.壓電材料的選擇在沉積壓電材料時(shí)，材料的壓電性能是最關(guān)鍵的指標(biāo)之一。壓電材料的選擇需要綜合考慮薄膜制備的條件、設(shè)備成本、生長(zhǎng)速率、壓電性能等指標(biāo)。常見的壓電材料有：3.1鋁酸鉛（Pb(Zr,Ti)O3，簡(jiǎn)稱PZT）鋁酸鉛是目前應(yīng)用最廣泛的壓電材料之一。它的優(yōu)點(diǎn)是高的壓電系數(shù)、良好的電學(xué)性能和較寬的鐵電相應(yīng)用溫度范圍。在MEMS制備中，PZT的沉積常常采用CVD或溶膠-凝膠法。3.2鈮酸鋰（LiNbO3，簡(jiǎn)稱LNO）鈮酸鋰是另一種廣泛應(yīng)用的壓電材料，其優(yōu)點(diǎn)是高的壓電系數(shù)、高的光學(xué)透過率和良好的非線性光學(xué)性質(zhì)。LNO的沉積可以采用PVD或溶膠-凝膠法。3.3鈰鈦礦型壓電材料（Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3，簡(jiǎn)稱PMN-PT）鈰鈦礦型壓電材料是近年來發(fā)展起來的一種壓電材料。它具有高的壓電系數(shù)、高的介電常數(shù)和優(yōu)良的耐腐蝕性，在MEMS和聲波濾波器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。PMN-PT的沉積可以采用溶膠-凝膠法、CVD等方法。4.沉積流程以PZT為例，介紹常用的PZT沉積流程。4.1準(zhǔn)備襯底沉積壓電薄膜需要在特定的襯底上進(jìn)行。常用的襯底材料有氧化硅、氮化硅等。在使用前需要先清洗，去除表面的有機(jī)污染物和無機(jī)雜質(zhì)。4.2沉積PZT沉積PZT通常有以下幾個(gè)步驟：表面處理。通常會(huì)進(jìn)行化學(xué)洗滌和真空退火等處理，以增強(qiáng)薄膜與襯底之間的附著力。PZT前驅(qū)體制備。利用金屬有機(jī)化合物制備PZT前驅(qū)體，如用三脲基丙酸鉛、乙酸鈦等有機(jī)化合物，可以通過反應(yīng)制備出PZT前驅(qū)體。PZT沉積。將PZT前驅(qū)體放入沉積室內(nèi)，在對(duì)應(yīng)的條件下進(jìn)行沉積，如CVD法下，需要控制溫度、壓力、氣體流量等參數(shù)，以控制薄膜質(zhì)量和成分。后處理。將沉積后的PZT薄膜進(jìn)行后處理，可以通過退火等方法優(yōu)化其壓電性能。4.3薄膜表征在沉積完壓電薄膜后，需要進(jìn)行表征測(cè)試，如XRD、AFM、SEM、TEM等。這些測(cè)試能夠評(píng)估薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、粗糙度、厚度等參數(shù)。5.總結(jié)沉積壓電材料是制備MEMS和傳感器等微納加工技術(shù)的重要步驟。本文