PT种子层对PZT薄膜结晶及压电性能的影响  

Effects of PT Seed Layer on Crystallization and Piezoelectric Properties of PZT Thin Films

作　　者：李磊[1] 余远根 姜涛[2] 祝元坤[2] 王现英[2] 郑学军[2] 

机构地区：[1]上海理工大学机械工程学院,上海200093 [2]上海理工大学材料科学与工程学院,上海200093

出　　处：《电子科技》2016年第4期1-5,共5页Electronic Science and Technology

基　　金：教育部"长江学者和创新团队发展计划"基金资助项目(IRT_14R48);国家自然科学基金资助项目(51272158);长江学者奖励计划基金资助项目([2009]17)

摘　　要：采用溶胶-凝胶法（Sol-Gel）在Pt/Si衬底上制备了PbTiO_3（PT）薄膜和Pb（Zr_x,Ti_（1-x））O_3（PZT）薄膜,研究了退火温度以及PT种子层对PZT薄膜结晶及压电性能的影响。X射线衍射（XRD）结果表明,制备的PZT薄膜为纯钙钛矿结构的多晶薄膜,有PT种子层的PZT薄膜晶粒尺寸更大,（110）面取向度更高,结晶性能更好;原子力显微镜（AFM）结果表明,制备的薄膜表面形貌比较平整、均匀、无裂纹;压电力显微镜（PFM）结果表明,压电力显微镜（PFM）结果表明,有PT种子层时,PZT薄膜的平均压电系数d_（33）为128~237 pm/V,无PT种子层时平均压电系数d_（33）为21~29 pm/V。在升温速率为10℃/s的退火条件下保温10 min时,随着退火温度的升高,PZT薄膜晶粒尺寸增大,粗糙度增大,（110）面取向度升高,平均压电系数d_（33）增大。PT种子层能够有效的改善PZT薄膜的结晶性能和压电性能。Pb（ Zr_x,Ti_（1-x）） O_3（ PZT） and PbTiO_3（ PT） thin films were fabricated on Pt /Si substrate by sol-gel method. The effects of annealing temperature and PT seed layer on the crystallization and piezoelectric properties of PZT thin films are studied. X-ray diffraction（ XRD） analysis shows that PZT thin film is of polycrystalline phase with perovskite tetragonal structure. Compared with the PZT film without PT seed layer,PZT thin films with PT seed layer show larger grain size,stronger（ 100） orientation,and better crystallization. AFM analysis shows that the surface of PZT film is smooth,uniform and crack-free. PFM analysis shows that the average piezoelectric coefficient d_（33） of PZT film with PT seed layer is 128 ~ 237 pm / V,and the average d_（33） of PZT film without PT seed layer is 21 ~29 pm / V. With increasing of annealing temperature,the grain size and surface roughness as well as the average piezoelectric coefficient of PZT films increases,and the（ 100） orientation with perovskite structure is preferred when the heating rate is 10 ℃ / s and the soaking time is 10 min. PT seed layers can effectively improve the crystallization and piezoelectric properties of PZT thin films.

关 键 词：溶胶-凝胶法 PZT薄膜 退火温度 钙钛矿结构 PT种子层 压电系数 

分 类 号：TN305[电子电信—物理电子学] TM223[一般工业技术—材料科学与工程]