G PZT Pb(Zr0.52Ti00.48)O3 Pb0.988(Zr0.52Ti00.48)0.976Nb0.024O3 Điểm Curie TC(0C) 386 365 Hằng số điện mơi(ε/ε0) 730 1700
Tổn hao điện mơi (tgδ) 0,004 0,02 Hệ số áp điện d33 220 374 d31 -93 -171 d15 494 584 Hệ số liên kết điện cơ kp 0,52 0,60 k33 0,67 0,60 k31 0,31 0,34 k15 0,69 0,68
Bên cạnh những nghiên cứu ảnh hưởng của tạp chất đến gốm PZT, cũng cĩ nhiều cơng trình đã khảo sát ảnh hưởng của pha tạp Fe, Nb, Ba...và việc đồng pha tạp lên tính chất của màng mỏng PZT, kết quả thu được màng PZT pha tạp Fe cĩ hằng số điện mơi cao, pha tạp Nb cĩ độ phân cực dư lớn và đồng pha tạp Fe-Ba cĩ hệ số phẩm chất Q cao.
M ứ ụ ủ PZT
Vật liệu PZT khối đã được nghiên cứu từ Thập k 70, 80 và thu được những thành tựu đáng kể tại Việt Nam. Tiêu biểu là những ứng dụng đầu dị siêu âm trong kiểm tra khơng phá hu mẫu và ứng dụng trong quân sự chế tạo các kíp nổ (đầu đạn B40)… Vật liệu PZT dưới dạng màng mỏng là đề tài thu h t sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và phát triển ứng dụng trong l nh vực cơng nghệ MEMS trong thời gian gần đây [117, 76]. Sự quan tâm này cĩ thể thấy được qua sự phong ph của các sản phẩm ứng dụng vật liệu PZT đã được thương mại hố trên thị trường. Tính chất hoả điện của màng mỏng PZT được ứng dụng
trong các máy ảnh và máy quay phim hồng ngoại được dùng để chụp ảnh và quan sát hiện trường trong bĩng tối. Tính chất sắt điện của màng mỏng PZT được ứng dụng để chế tạo các bộ nhớ RAM mật độ thơng tin cao FERAM khơng tự xố. Nhưng phong ph hơn cả là các ứng dụng sử dụng tính chất áp điện. Sản phẩm tiêu biểu đầu tiên trong số này phải kể đến đĩ là đầu phun mực áp điện trong các máy in phun hiện đại. Trên thị trường hiện cĩ hai dịng sản phẩm máy in phun sử dụng hai cơng nghệ khác nhau đĩ là in phun bong bĩng nhiệt và in phun áp điện. In phun bong bĩng nhiệt sử dụng điện trở nhiệt đốt nĩng để sinh bong bĩng tạo áp xuất đẩy giọt mực. Nhược điểm của các máy in loại này đĩ là nguy cơ mực in khi tiếp x c với điện trở nhiệt nĩng cĩ thể bị đốt cháy và sinh ra cặn bám quanh điện trở nhiệt làm cản trở sự hình thành bong bĩng. In phun sử dụng k thuật áp điện là một giải pháp cho ph p khắc phục được nhược điểm này. Một ứng dụng th vị tiếp theo phải kể đến đĩ là các gương số được giải quyết bằng k thuật áp điện. Các gương số là phần tử tạo ảnh cơ bản trong các máy chiếu. Gần đây nhất đĩ là việc phát triển thành cơng các hệ nguồn vi cơng suất áp điện. Các hệ nguồn loại này cĩ thể tích trữ cơng suất điện năng từ năng lượng rung cơ học của mơi trường. Thành cơng này cho ph p giải quyết hiệu quả vấn đề cơng suất điện cung cấp cho các hệ điện tử lưu động, hay cho các hệ thống giám sát khơng dây.
Vật liệu màng mỏng perovskite như BaSrO3, Pb(Zr,Ti)O3,(K0.5Na0.5)NbO3... thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, do cĩ tính phân cực tự phát lớn, hiệu ứng áp điện mạnh, hằng số điện mơi cao. Trên thế giới đặc biệt là các nước tiên tiến như Nhật Bản, Hàn Quốc...màng mỏng PZT đã được nghiên cứu và cĩ nhiều ứng dụng triển khai trong thực tế nhờ hiệu ứng áp điện thuận (biến đổi năng lượng cơ thành năng lượng điện) và hiệu ứng áp điện nghịch (biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ), các nhà khoa học đã chế tạo thành cơng các bộ chuyển đổi, các cảm biến sinh học và tích hợp chúng trên các vi mạch hoặc các mạch số, thiết bị chấp hành, trong chế tạo màng loa-microphone, bơm vi cơ và các bộ tạo sĩng khối (BOW)… một trong những ứng dụng điện tử quan trọng của màng mỏng sắt điện là bộ nhớ khơng tự xĩa, tụ điện dạng màng mỏng, cảm biến hỏa điện và thiết bị sĩng âm bề mặt (SAW). Các thiết bị quang điện tử đang được nghiên cứu bao gồm các ống dẫn sĩng quang, bộ nhớ và hiển thị quang.
K ư
Trong chương này, các vấn đề lý thuyết tổng quan về vật liệu sắt điện, áp điện và các ứng dụng của vật liệu áp điện đã được đề cập.
Nội dung trình bày quan tâm đến mối liên hệ giữa cấu tr c và các tính chất màng mỏng sắt điện, áp điện PZT, trong đĩ tập trung vào các vấn đề liên quan đến vật liệu nghiên cứu trong luận án, đĩ là cấu tr c dị lớp PZT, PZT pha tạp Fe3+
Để cĩ thể đưa vào ứng dụng trong thực tiễn nghiên cứu nâng cao tính chất của màng mỏng PZT là điều đặc biệt cần thiết. Vì vậy, nội dung của luận án là nghiên cứu nâng cao tính chất sắt điện và áp điện của màng mỏng PZT trên cơ sở khảo sát ảnh hưởng của cấu tr c màng dị lớp và pha tạp ion Fe3+
, Nb5+ đã được đưa ra. Mặt khác trên cơ sở màng mỏng PZT tổng hợp được. Linh kiện PiezoMEMS kiểu thanh rung, kiểu màng chắn bước đầu cũng được nghiên cứu chế tạo để ứng dụng chế tạo cảm biến sinh học.
CHƯƠNG
CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Hiện nay cĩ rất nhiều k thuật để chế tạo màng mỏng, về cơ bản cĩ thể chia các ký thuật đĩ thành hai phương pháp chính, một là phương pháp vật lý: ph n xạ, lắng đọng bằng xung laze, epitaxi chùm phân tử... và hai là phương pháp hĩa học: lắng đọng từ pha hơi, quay phủ sol-gel [126, 132, 134]. Trong chương này, ch ng tơi sẽ trình bày thực nghiệm cơng nghệ chế tạo màng mỏng PZT và các ph p đo khảo sát tính chất đặc trưng của màng mỏng được chế tạo.
Màng mỏng PZT đã được nghiên cứu chế tạo trên cơ sở phương pháp hĩa học quay phủ sol-gel. Các k thuật phân tích, đo lường hiện đại đã được sử dụng như: phân tích cấu tr c trên máy nhiễu xạ tia X- Bruker D8 Discover, vi cấu tr c của màng mỏng được khảo sát bằng hiển vi điện tử qu t với độ phân giải cao (High-resolution Scanning Electron Microscope – HRSEM: Zeriss-1550). Tính chất sắt điện của vật liệu được tiến hành khảo sát trên máy aixACCT TF2000 Ferroelectric tester.