反铁电式MEMS薄膜驱动器研究

发布时间：2021-04-09 06:21

　　根据反铁电薄膜在电场作用下产生的电致应变效应及其在微机电系统（MEMS）悬臂梁驱动器中的应用可知,反铁电薄膜具有大位移、响应速度快,耗能少等优点,这些优点可以显著提升MEMS薄膜驱动器的驱动性能,并可以实现非线性的位移。本论文根据反铁电薄膜的这些特性提出一种以（Pb0.99Nb0.02）[（Zr0.85Sn0.13Ti0.02）]0.98O3（PNZST）反铁电薄膜为驱动材料的反铁电式MEMS薄膜驱动器。通过PNZST反铁电薄膜的制备,研究分析了反铁电材料的微结构、电学性能等特性,再结合MEMS加工工艺完成反铁电式MEMS薄膜驱动器的集成制作,并对该MEMS薄膜驱动器的驱动性能进行测试分析。首先用射频磁控溅射（RF）的方法在硅基底上溅射LaNiO3（LNO）下电极,再采用溶胶-凝胶（Sol-Gel）法在LNO/Si基底上制备不同层数的PNZST反铁电薄膜并表征测试分析。X射线衍射仪（XRD）表征结果表明所有薄膜均呈现（120）/（002）晶面族的择优取向生长呈钙钛矿相结构。原子力显微镜（AFM）测试显示表面粗糙度在30 nm左右,晶粒尺寸约为200 nm左右。铁电测试结果表明PNZST... 

【文章来源】：北方工业大学北京市

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 微机电系统简介
    1.2 反铁电材料
        1.2.1 反铁电材料的特性
        1.2.2 反铁电材料的应用
        1.2.3 PZT基反铁电材料
    1.3 MEMS薄膜驱动器的研究进展
    1.4 反铁电式MEMS薄膜驱动器的国内外研究进展
    1.5 论文的研究内容和意义
第二章 反铁电式MEMS薄膜驱动器工作原理及理论分析
    2.1 反铁电式MEMS薄膜驱动器结构和工作原理
        2.1.1 反铁电式MEMS薄膜驱动器的结构
        2.1.2 反铁电式MEMS薄膜驱动器工作原理
    2.2 反铁电材料的电致应变理论分析
    2.3 MEMS薄膜驱动器变形理论
    2.4 MEMS薄膜驱动器的有限元仿真分析
    2.5 本章小结
第三章 PNZST反铁电薄膜制备、结构表征及性能分析研究
    3.1 PNZST反铁电薄膜的制备工艺
        3.1.1 PNZST反铁电溶胶的制备
        3.1.2 PNZST反铁电薄膜的制备
    3.2 PNZST反铁电薄膜结构表征
    3.3 PNZST反铁电薄膜电学性能
        3.3.1 PNZST反铁电薄膜的铁电性能
        3.3.2 PNZST反铁电薄膜的储能性能
        3.3.3 PNZST反铁电薄膜的介电性能
        3.3.4 环境温度对PNZST反铁电薄膜铁电、储能和介电性能的影响
    3.4 本章小结
第四章 反铁电式MEMS薄膜驱动器集成制作工艺研究
    4.1 反铁电式MEMS薄膜驱动器工艺流程和版图设计
        4.1.1 MEMS薄膜驱动器工艺流程设计
        4.1.2 MEMS薄膜驱动器光刻版图设计
    4.2 MEMS薄膜驱动器的关键制作工艺
        4.2.1 光刻工艺
        4.2.2 刻蚀工艺
        4.2.3 LNO/Si薄膜的制备
        4.2.4 PNZST反铁电薄膜的制备
        4.2.5 电极剥离加工工艺
        4.2.6 深硅刻蚀工艺
    4.6 本章小结
第五章 反铁电式MEMS薄膜驱动器的性能测试分析
    5.1 反铁电式MEMS薄膜驱动器的测试原理及方法
    5.2 反铁电式MEMS薄膜驱动器频率响应特性
        5.2.1 圆形平行板电极结构的反铁电式MEMS薄膜驱动器
        5.2.2 叉指状电极结构的反铁电式MEMS薄膜驱动器
        5.2.3 反铁电式MEMS薄膜驱动器的驱动电压与位移的关系
    5.3 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢



本文编号：3127090