[發明專利]壓電膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201610296599.7
• 申請日: 2016-05-06
• 公開（公告）號: CN107346802B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 張小飛;吳勝強;李令英;周巖;李鵬;錢波;謝永林
• 申請（專利權）人: 上海銳爾發數碼科技有限公司
• 主分類號: H01L41/39
• 分類號: H01L41/39;H01L41/43;H01L41/18;H01L41/187;C04B35/491;C04B35/453
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰

本發明公開了一種壓電膜的制備方法，包括：配制穩態液相前驅體；其中，所述穩態液相前驅體的組成與所述壓電膜的組成相匹配；提供一基底，在所述基底的表面上制備凸起作為應力釋放結構；在所述基底及所述凸起的表面上依次疊層制備隔離層、電極層后，形成襯底；制備壓電膜：將所述穩態液相前驅體涂覆在所述襯底的遠離所述基底的表面上，并進行初步退火。根據本發明的制備方法，通過制備具有應力釋放結構的襯底，有效地釋放了由于基底面積太大而引起的應力，從而制備得到大面積、無裂紋且性能良好的壓電膜。本發明還公開了由上述制備方法制備獲得的壓電膜。

技術領域

本發明屬于壓電材料制備技術領域，具體地講，涉及一種壓電膜及其制備方法。

背景技術

壓電膜因其優越的壓電、鐵電及機電耦合性能，而在微機械電子系統(MEMS)等領域得以廣泛的應用。

壓電膜一般包括壓電薄膜和壓電厚膜。壓電薄膜是指其厚度小于1μm的壓電膜；而壓電厚膜是介于壓電薄膜和毫米級的塊體材料之間的材料，其厚度一般為1μm～100μm。壓電厚膜目前在換能器、傳感器、MEMS微驅動器、微型馬達等諸多領域有著廣泛的應用，這是由于由壓電厚膜制成的器件不僅兼顧了壓電薄膜的工作電壓低，使用頻率高，能與半導體集成電路、膜集成電路相兼容的優點，而且具有與塊體材料相近的優異電學性能。

一般地，壓電薄膜的制備方法有溶膠-凝膠法，即在襯底上涂覆前驅體，而后經燒結獲得；而壓電厚膜的制備方法則是在壓電薄膜的制備基礎上經多次涂覆與燒結而成。如在鈦酸鉍鈉-鈦酸鋇無鉛復合壓電厚膜的制備方法中，通過采用多次涂覆燒結，能夠制得厚度為1μm～20μm的壓電厚膜。但當采用上述方法制備時，由于燒結應力的作用，預先制備獲得的壓電薄膜表面會產生大量裂紋，從而無法得到大面積的壓電厚膜，因此采用上述制備方法獲得的壓電厚膜無法大規模地應用于MEMS微驅動器的制備。

發明內容

為解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種壓電膜及其制備方法，該制備方法通過制備凸起作為應力釋放結構，從而獲得了無開裂的大面積的壓電膜。

為了達到上述發明目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種壓電膜的制備方法，包括：配制穩態液相前驅體；其中，所述穩態液相前驅體的組成與所述壓電膜的組成相匹配；提供一基底，在所述基底的表面上制備凸起作為應力釋放結構；在所述基底及所述凸起的表面上依次疊層制備隔離層、電極層后，形成襯底；制備壓電膜：將所述穩態液相前驅體涂覆在所述襯底的遠離所述基底的表面，然后進行初步退火。

進一步地，所述制備方法還包括：重復所述制備壓電膜的步驟，直至所述壓電膜的累計厚度達到0.5μm～20μm，然后進行晶化退火。

進一步地，所述凸起陣列排布于所述基底的表面上。

進一步地，所述凸起的形狀選自球體、正方體、長方體、圓柱體、錐體中的任意一種或至少兩種的組合；其中，所述凸起的高度為0.1μm～20μm，所述凸起在所述基底的表面上的投影面積為0.1μm²～500μm²。

進一步地，在形成所述襯底的步驟時，還包括在所述電極層上形成晶種層。

進一步地，所述穩態液相前驅體中含有成膜劑。

進一步地，所述成膜劑選自甲酰胺、辛烷、乙酸、乙酰丙酮、聚乙烯吡咯烷酮、β-二酮類化合物中的任意一種或至少兩種的混合。

進一步地，所述成膜劑的物質的量與所述壓電膜的組成中金屬離子的總物質的量之比為0.03:100～500:100。

進一步地，所述初步退火的溫度為150℃～300℃，時間為2min～15min。