铌酸盐无铅压电薄膜的脉冲激光沉积制备研究

第31卷第1期

2009年2月

压　电　与　声　光

PIEZOELECTECTRICS&ACOUSTOOPTICS

Vol.31No.1Feb.2009

　　文章编号:100422474(2009)0120094203

铌酸盐无铅压电薄膜的脉冲激光沉积制备研究

陆　雷1,2,肖定全1,赁敦敏1,3,张永彬2,朱建国1

(1.四川大学材料科学与工程学院,四川成都610064;2.中国工程物理研究院,四川绵阳621900;

3.香港理工大学应用物理系,香港九龙)

　　摘　要:采用脉冲激光沉积(PLD)在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了新型Li0.04(Na0.5K0.5)0.96(Nb0.775Ta0.225)O3

无铅压电陶瓷薄膜,分别利用X2射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)研究了该薄膜的晶体结构及表面形貌,分析研究了制备技术和工艺对薄膜晶体结构及表面形貌的影响。研究结果表明:薄膜的热处理温度和氧气压力对所生长的薄膜影响较大;制备Li0.04(Na0.5K0.5)0.96(Nb0.775Ta0.225)O3薄膜的最佳退火温度和氧气压力分别为650℃和30Pa;利用脉冲激光沉积的Li0.04(Na0.5K0.5)0.96(Nb0.775Ta0.225)O3无铅压电陶瓷薄膜具有精细的表面结构。

关键词:脉冲激光沉积(PLD);Li0.04(Na0.5K0.5)0.96(Nb0.775Ta0.225)O3;无铅压电薄膜中图分类号:TB43　　　文献标识码:A

StudyonthePreparationofNiobateFilmsby

L1,2,L1,3,ZHANGYong2bin2,ZHUJian2guo1

(1.School,University,Chengdu610064,China;2.ChinaAcademyofEngineerPhysics,

,;3.Dept.ofAppliedPhysics,theHongkongPolytechnicUniversity,Kowloon,China)

　　:Anewtypeoflead2freepiezoelectricceramicfilms,Li0.04(Na0.5K0.5)0.96(Nb0.775Ta0.225)O3,hasbeenpreparedbypulsedlaserdepositiontechniqueonPt/Ti/SiO2/Sisubstrates.Thecrystalstructureandsurfacemor2phologyofthefilmshavebeenstudiedwithX2raydiffraction(XRD)andscanningelectronmicroscopy(SEM).Theeffectoffabricationtechnologiesonthecrystalstructureandsurfacemorphologyofthefilmshasbeeninvestigated.TheresultsshowedthatthepropertiesoftheLi0.04(Na0.5K0.5)0.96(Nb0.775Ta0.225)O3filmsdepositedarestronglyde2pendentonthesubstratetemperatureandtheoxygenpressureofthecamber.Theannealingtemperatureof650℃andthecamberoxygenpressureof30Paarefoundtobeoptimizedparametersforthegrowthofbettertexturedfilm.ThedepositedLi0.04(Na0.5K0.5)0.96(Nb0.775Ta0.225)O3filmsbyPLDinpresentworkarefine,uniformanddense.

Keywords:pulsedlaserdeposition(PLD);Li0.04(Na0.5K0.5)0.96(Nb0.775Ta0.225)O3;lead2freepiezoelectricthin

film

　　压电陶瓷是一类重要的、国际竞争极为激烈的高技术功能材料,在工业、民用和军事产品上应用广泛,如滤波器、谐振器、传感器、换能器等。目前在压电陶瓷应用领域占据主导地位的是以PbTiO32PbZrO3(PZT)为基的二元系、三元系陶瓷[123]。在PZT基压电陶瓷中,其主要成分是PbO(含量高达70%)。PbO是一种易挥发的有毒物质,在其制备、使用及废弃后处理过程中都会对人类和生态环境造成危害。因此,世界各国的科技工作者正在抓紧研究无铅压电及铁电材料。其中,K0.5Na0.5NbO3(KNN)是一种性能优良的无铅压电材料,具有钙钛矿型结构。KNN陶瓷具有居里温度高(TC=

),介电常数低,机电耦合系数高等特性,被视420℃

为替代传统含铅压电材料的候选材料之一[4210]。本

文作者所在的课题组近年来在K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷研究中也取得了重要进展[11214]。

脉冲激光沉积(PLD)是80年代后期发展起来的新型薄膜制备技术。相对其他薄膜制备技术,PLD具有沉积速度快,靶、膜成分一致,生长过程中可原位引入多种气体,烧蚀物粒子能量高,易制备多层膜及异质结,工艺简单,灵活性大,可制备的薄膜种类多,可用激光对薄膜进行多种处理等优点。因此,PLD在近些年得到了迅速发展[15]。

相对K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷的研究而言,K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷薄膜的研究报道很少。这其中既有应用方面的原因,可能也有工

　　收稿日期:2008201214　　基金项目:国家自然科学基金资助项目(50410179,50572066和50772068)　　作者简介:陆雷(19772),男,江苏宿迁人,博士生,师从肖定全教授,主要从事材料物理与化学的研究。通讯作者:肖定全教授,E2mail:

nic0402@。