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论文类型：会议论文

发表时间：2004-12-01

页面范围：895-899

关键字：MEMS;PZT薄膜;微力传感器;微机械加工;有限元模拟;钙钛矿结构

摘要：采用Sol-Gel方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了厚度不同(300nm～800nm)的锆钛酸铅(Pb(ZrxTi1-x)O3)薄膜,薄膜表面均匀,无裂纹.通过测试和分析,研究了PZT薄膜的制备工艺参数和压电、铁电、阻抗特性.采用微机械加工手段制作了长度为1000μm,500μm,250μm的硅基PZT薄膜微型悬臂结构.当在悬臂的自由端沿着厚度方向施加mg级的微小力时,微型悬臂就会在厚度方向发生弯曲和振动,通过测量在压电材料表面电极上的电荷量,并通过计算可以得到微型悬臂所受的集中力的大小,实现微力的测量.本文还对微力传感芯片的工作方式进行了研究,初步设计了传感器系统模型.实验及测试结果表明,PZT薄膜随着厚度的增加会沿着(111)晶向择优生长,在600℃完全转变成钙钛矿结构.微机械体加工方法可以得到微型悬臂梁结构,但是Si弹性层的厚度不容易控制.通过理论计算和有限元模拟,500μm长的悬臂在20μN集中力作用下会产生大约10pC电荷.由于压电材料的固有特点,传感器适用于工作在准静态以及动态模式下,可以采用载波方法实现对静态力的测量。