论文部分内容阅读
微机电系统(Micro-Elctro-MechanicalSystems,MEMS)技术的发展使得对高性能、高厚度的锆钛酸铅(Pb(Zr0.53,Ti047)O3,PZT)压电薄膜的需求日益迫切。溶胶-电雾化法是将传统的溶胶-凝胶法与静电雾化沉积法相结合而产生的一种薄膜制备方法,可用于制备厚度大于2μm的高性能PZT薄膜,且能够与MEMS工艺很好地兼容。本文致力于对溶胶-电雾化系统中薄膜沉积过程进行定量分析,并对PZT薄膜的溶胶-电雾化制备工艺参数的优化提出可行的方案。首先对静电雾化雾场的产生过程进行分析,总结了静电雾化电流体力学理论,得到了雾化流量、电压、电流、粒径等参数的计算公式,分析了PZT前驱液的物理化学性质,并结合实验数据分析其静电雾化特性。然后运用商用计算流体力学软件Fluent对静电雾化雾场进行数值模拟,得到了空间电场、空气流场和雾场的分布,分析了静电雾化雾场中各种作用相互耦合的机理,并且计算了衬底上的薄膜沉积速率。接下来集中对单个雾滴的沉积过程进行了分析,首先计算静电雾化沉积系统中的温度场,在此基础上分析了雾滴的溶剂挥发,然后讨论了雾滴与高温衬底的碰撞过程,以及随后的雾滴变成凝胶和形成薄膜的过程。最后,对PZT压电薄膜制备的溶胶-电雾化工艺参数优化进行了归纳,并给出了溶胶-电雾化装置的优化设计方案。