ZnO和PZT压电材料的制备以及压电MEMS器件的研究

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压电材料是具有压电效应或者逆压电效应的材料,这种材料能够实现电能与机械能之间的相互转化。目前已经发现的压电材料有罗息尔盐(KNaC4H4O6·4H2O)、石英(SiO2)、铌酸锂(LiNbO3)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等等。利用压电材料的压电效应或者逆压电效应制成的器件就称之为压电器件,常见的压电器件有超声换能器、晶体振荡器、石英干涉仪、声表面波器件(SAW)、声体波器件(BAW)、能量采集器、压电传感器和压电驱动器等等。由于压电材料和压电器件具有制备工艺简单、成本低廉、能量转换率高等优点,无论在研究还是生产方面都发展的非常迅速,它们被广泛应用在电子技术、激光技术、传感技术、导航技术、自动控制和计量技术等领域。  本文主要围绕ZnO和PZT压电材料的制备及其压电MEMS器件展开研究。在分析总结国内外相关研究工作的基础上,本文研究了用水热法制备ZnO纳米线和用流延成型法制备PZT厚膜;在此基础上又研究了基于ZnO纳米线的柔性压电式能量采集器和PZT驱动的高可靠性非接触式RF MEMS压电开关等相关工作。论文的主要研究工作包括:  1.ZnO纳米线的制备。本文研发了用水热法在柔性衬底聚酰亚胺(PI)上生长ZnO纳米线的方法,研究了如何通过调整生长参数来控制ZnO纳米线的表面形貌,并用AFM和SEM表征了制备的ZnO纳米线。  2.PZT厚膜的制备。本文研究了在不同种子层厚度的硅衬底上用流延成型法制备了PZT厚膜,并通过测试该PZT厚膜的XRD图谱、电滞回线和化学元素成分对其晶体结构和压电性能进行了研究分析。  3.压电MEMS器件的研究。首先,本文设计了一种基于ZnO纳米线的柔性压电式能量采集器,通过用COMSOL仿真软件进行仿真计算,研究了三种简单的ZnO纳米线器件模型;最后,本文研究了PZT驱动的高可靠性电容耦合式RF MEMS压电开关的结构设计和工艺流程设计。
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