氧化硅薄膜的制备及其压电性能的研究

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压电材料作为一种重要的功能材料,广泛应用于各个工业部门、高科技领域和日常生活的各个方面。但传统的压电材料多含有重金属铅,在当今全球大力倡导低碳环保的今天,开发新的无铅压电材料成为研究热点和必然趋势。本文采用流延法成型烧结和直流磁控溅射法制备出氧化硅薄膜材料,通过扫描电镜、X射线衍射仪、原子力显微镜和元件分析仪等手段研究薄膜的组织结构和压电性能。  把由溶剂、分散剂、粘结剂和增塑剂配成的流延胶与1000目的SiO2粉1∶1配比;采用流延成型得到氧化硅膜,于1600℃烧结可以制备出表面光滑平整,且组成相主要是α-方石英,厚度在0.8-2.0mm的膜。极化后的Si)2膜具有一定的压电性能。压电常数d33随膜厚的增加而增大,当厚度达到2.0mm时,d33值达到最大,为1.5pC/N。相对介电常数随着薄膜的厚度增加而增大,随频率的增加而降低,介电损耗随频率的增加而降低。  采用真空度为3.0×10-3pa,总气压1.2Pa,功率为80W,氧含量为20~60%,的直流反应磁控溅射法可在单晶硅上制备出非晶二氧化硅薄膜,退火后得到方石英。当功率为80W不变,氧含量为变量时,随氧含量的增加Si)2薄膜的压电常数也随之增大,但随后出现下降趋势,当氧含量为40%时达到最大值1.8pC/N,介电常数为2.5~4.4F/m。随着氧含量的增加介电损耗随氧含量的增加而增加,沉积速率、机械品质因数、介电常数逐渐减小。当氧含量为40%不变,功率为变量,氧化硅薄膜随溅射功率的增加沉积速率几乎成线性增长,薄膜表面粗糙度、介电损耗和薄膜的厚度也逐渐增大,最大厚度为330nm,随着功率的增加薄膜的介电常数增大,不同功率下制备的薄膜,其介电常数随频率增加而减小,在高频的测试下逐渐趋于稳定。
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