基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法及工业级压电厚膜技术

本发明专利技术公开了一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法及工业级压电厚膜，包括确定需制备的压电厚膜的厚度；将压电厚膜拆分为厚膜主体和顶电极，并确定厚膜主体的厚度和顶电极的厚度；采用磁控溅射沉积法在基底上制备厚膜主体；厚膜主体制备完成后，以厚膜主体为基片，在厚膜主体上采用脉冲激光沉积法制备顶电极；获得所需的压电厚膜；本发明专利技术通过将需制备的压电厚膜拆分为厚膜主体和顶电极，并通过磁控溅射沉积法制备厚膜主体，通过脉冲激光沉积法制备顶电极，利用低成本磁控沉积法制备压电厚膜主体，然后利用高真空脉冲激光沉积法制备顶电极，实现压电薄膜大厚度、大尺寸和高性能的兼容。容。容。

【技术实现步骤摘要】
基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法及工业级压电厚膜


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法及工业级压电厚膜。

技术介绍

[0002]随着半导体器件事业的蓬勃发展，压电渐渐进入人们的视野，压电效应是具有压电性的晶体当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。
[0003]有多种方法可以制备压电薄膜：如化学类溶胶
‑
凝胶法和物理类磁控溅射沉积、脉冲激光沉积及分子束外延。
[0004]其中，常见的化学方法——溶胶凝胶法可以制备较大尺寸的薄膜，且厚度可控，但薄膜质量和性能相对较差，降低了器件的使用寿命。
[0005]常见的物理方法——磁控溅射不仅可以获得大尺寸的厚膜，同时成本低，最有利于工业发展，但是相比较于脉冲激光沉积发或者分子束外延制造的膜质量还是逊色了一些。使用脉冲激光沉积法或者分子束外延方法生膜，虽然膜的质量提升，性能提高，但是成本高且膜生长比较缓慢同时成本增加。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是现阶段常见的压电膜的制备方法无法同时满足大尺寸、成本低和性能高的要求，目的在于提供一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法及工业级压电厚膜，解决了磁控溅射可以低成本制备大尺寸压电厚膜但压电性能提升遭遇瓶颈的问题，解决了脉冲激光沉积手段可以制备高性能压电薄膜但成本高且厚膜制备困难的问题。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]第一方面，一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法，包括：
[0009]确定需制备的压电厚膜的厚度；
[0010]将压电厚膜拆分为厚膜主体和顶电极，并确定厚膜主体的厚度和顶电极的厚度；
[0011]采用磁控溅射沉积法在基底上制备厚膜主体；
[0012]厚膜主体制备完成后，以厚膜主体为基片，在厚膜主体上采用脉冲激光沉积法制备顶电极；
[0013]获得所需的压电厚膜。
[0014]可选地，所述厚膜主体为Si/Pt/PZT。
[0015]可选地，所述顶电极为Pt。
[0016]具体地，采用磁控溅射沉积法制备厚膜主体的方法包括：
[0017]在Si基底上沉积Pt，制备Si/Pt膜层；
[0018]在Si/Pt膜层是沉积PZT，制备Si/Pt/PZT膜层。
[0019]具体地，制备Si/Pt膜层的方法包括：
[0020]将Si基底置于镀膜室；
[0021]向处于高真空状态的镀膜室内充入氩气；
[0022]以Pt作为阴极的靶材；
[0023]在阴极与阳极之间施加直流电压，使镀膜室内产生磁控型异常辉光发电，并使氩气发生电离；
[0024]通过阴极对氩离子加速，并使氩离子轰击阴极；
[0025]将阴极靶表面溅射的Pt原子沉积至基底表面形成Si/Pt膜层。
[0026]具体地，制备Si/Pt/PZT膜层的方法包括：
[0027]将有Si/Pt膜层的基底置于镀膜室；
[0028]向处于高真空状态的镀膜室内充入氩气；
[0029]以PZT作为阴极的靶材；
[0030]在阴极与阳极之间施加直流电压，使镀膜室内产生磁控型异常辉光发电，并使氩气发生电离；
[0031]通过阴极对氩离子加速，并使氩离子轰击阴极；
[0032]将阴极靶表面溅射的PZT原子沉积至基底表面形成Si/Pt/PZT膜层。
[0033]具体地，采用脉冲激光沉积法制备顶电极的方法包括：
[0034]以Pt作为靶材；
[0035]将靶材、衬底、基片置于真空室内，并调节真空室内的真空度；
[0036]对衬底进行升温；
[0037]控制激光聚焦至靶材，并调节激光参数；
[0038]融化靶材，并使Pt在基片上沉积呈薄膜；
[0039]控制衬底移动，使顶电极覆盖厚膜主体，形成Si/Pt/PZT/Pt膜层。
[0040]可选地，所述衬底升温至200℃；
[0041]所述真空室的真空度为1E
‑
4～1E
‑
6Pa；
[0042]所述激光能量密度1～2J/cm2；
[0043]所述激光频率为2～10Hz。
[0044]第二方面，一种工业级压电厚膜，通过如上述的一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法制备获得。
[0045]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0046]本专利技术通过将需制备的压电厚膜拆分为厚膜主体和顶电极，并通过磁控溅射沉积法制备厚膜主体，通过脉冲激光沉积法制备顶电极，利用低成本磁控沉积法制备压电厚膜主体，然后利用高真空脉冲激光沉积法制备顶电极，实现压电薄膜大厚度、大尺寸和高性能的兼容。
附图说明
[0047]附图示出了本专利技术的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本专利技术的原理，
其中包括了这些附图以提供对本专利技术的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。
[0048]图1是根据本专利技术所述的一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法的流程示意图。
[0049]图2是根据本专利技术所述的工业级压电厚膜的电学表征侧视图。
具体实施方式
[0050]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本专利技术的限定。
[0051]另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分。
[0052]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本专利技术。
[0053]压电材料可以用来制造多种装置，例如：换能器、压电驱动器、频器、压电震荡器、变压器、滤波器等。
[0054]换能器将机械振动转变为电信号或在电场驱动下产生机械振动的器件压电聚合物电声器件利用了聚合物的横向压电效应，应用于抗噪声电话、宽带超声信号发射系统等
[0055]压电驱动器利用逆压电效应，将电能转变为机械能或机械运动，应用于医学超声、减振降噪等领域
[0056]压电薄膜运用范围广，不仅用于汽车行业的安全气囊、医疗行业中各种敏感传感器还有工业领域中采暖风及空调、水平面测量等；因为工业中的应用越来越广泛，薄膜的力学承受力有限，为了提高薄膜在各领域的适用范围，在相同压电系数的前提下，压电厚膜力学可靠性更高，可以输出更大的力矩。
[0057]但是现有的化学方法制备压电厚膜具备以下缺点：通过溶胶凝胶法制得的薄膜，大量微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法，其特征在于，包括：确定需制备的压电厚膜的厚度；将压电厚膜拆分为厚膜主体和顶电极，并确定厚膜主体的厚度和顶电极的厚度；采用磁控溅射沉积法在基底上制备厚膜主体；厚膜主体制备完成后，以厚膜主体为基片，在厚膜主体上采用脉冲激光沉积法制备顶电极；获得所需的压电厚膜。2.根据权利要求1所述的一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法，其特征在于，所述厚膜主体为Si/Pt/PZT。3.根据权利要求2所述的一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法，其特征在于，所述顶电极为Pt。4.根据权利要求3所述的一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法，其特征在于，采用磁控溅射沉积法制备厚膜主体的方法包括：制备Si基底；在Si基底上沉积Pt，制备Si/Pt膜层；在Si/Pt膜层是沉积PZT，制备Si/Pt/PZT膜层。5.根据权利要求4所述的一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法，其特征在于，制备Si/Pt膜层的方法包括：将Si基底置于镀膜室；向处于高真空状态的镀膜室内充入氩气；以Pt作为阴极的靶材；在阴极与阳极之间施加直流电压，使镀膜室内产生磁控型异常辉光发电，并使氩气发生电离；通过阴极对氩离子加速，并使氩离子轰击阴极；将阴极靶表面溅射的Pt原子沉积至基底表面形成Si/Pt膜层。6.根据权利要求4所述的一种基于次序物理...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟德超，孙翔宇，陈余，徐驰，周泉丰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：