Με εξαιρετικές πιεζοηλεκτρικές και διηλεκτρικές ιδιότητες και υψηλή θερμοκρασία Curie σε σύγκριση με άλλες πιεζοηλεκτρικές μεμβράνες, οι μεμβράνες τιτανικού ζιρκονικού μολύβδου (PZT) έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλούς τομείς, από μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα (MEMS) έως αισθητήρες υπερήχων έως συλλέκτες ενέργειας, όπου παίζει ένα βασικό ρόλο [1]. Κατά τη διαδικασία προετοιμασίας του υλικού, το πώς να βελτιωθεί η ομοιομορφία και η σταθερότητα απόδοσης των υλικών ήταν μια συνεχής αναζήτηση του προβλήματος.
Οι Youcao Ma et al. [2] ενσωμάτωσε επιτυχώς μια μεμβράνη PZT πάχους μικρού σε μια γκοφρέτα πυριτίου 3-ιντσών μέσω ενός συνδυασμού μεσαίας θερμοκρασίας μάγνητρον sputtering και ταχείας θερμικής επεξεργασίας (RTP). Συγκεκριμένα, συζητείται η ομοιομορφία του φιλμ PZT σε ολόκληρο το γκοφρέτα μετά το RTP, συμπεριλαμβανομένης της διαφοράς στον προσανατολισμό των κρυστάλλων, τη μορφολογία της επιφάνειας και τη σύνθεση του στοιχείου σε διαφορετικές θέσεις.
Το Σχήμα 1 δείχνει ότι τα φιλμ PZT έχουν παρόμοιο (001) προσανατολισμό πλέγματος, μορφολογία επιφάνειας και κατανομή στοιχείων σε διαφορετικές θέσεις, υποδεικνύοντας ότι η επεξεργασία RTP βοηθά στην επίτευξη ομοιομορφίας των μεμβρανών PZT. Μπορεί να βρεθεί ότι πριν από την επεξεργασία RTP, μόνο η φάση Py στο φιλμ PZT, και μετά την επεξεργασία RTP, εμφανίζεται κυρίως η φάση Pe με προσανατολισμό (001) στο φιλμ PZT. Επιπλέον, η επιφάνεια των μεμβρανών PZT που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με RTP έδειξε στενά διατεταγμένους στηλώδεις κόκκους χωρίς εμφανείς ρωγμές ή οπές.
Δείχνονται οι διηλεκτρικές και σιδηροηλεκτρικές ιδιότητες των μεμβρανών PZT σε διαφορετικές θέσεις στη γκοφρέτα μετά την επεξεργασία RTP, συμπεριλαμβανομένης της σχετικής διηλεκτρικής σταθεράς, του βρόχου υστέρησης σιδηροηλεκτρικού και της διηλεκτρικής απώλειας. Μεταξύ αυτών, η μορφολογία της επιφάνειας είναι πολύ λεία και δεν υπάρχουν εμφανή ελαττώματα, γεγονός που υποδηλώνει ότι το φιλμ PZT έχει καλή ποιότητα επιφάνειας. Η σχετική διηλεκτρική σταθερά και η διηλεκτρική απώλεια αλλάζουν με την αλλαγή του ηλεκτρικού πεδίου, εμφανίζοντας έναν τυπικό σιδηροηλεκτρικό δακτύλιο πεταλούδας, που αποδεικνύει ότι τα φιλμ PZT έχουν καλές σιδηροηλεκτρικές ιδιότητες. Οι καμπύλες πόλωσης-ηλεκτρικού πεδίου δείχνουν επίσης τυπικά σιδηροηλεκτρικά χαρακτηριστικά, υποδεικνύοντας ότι τα φιλμ PZT έχουν καλές σιδηροηλεκτρικές ιδιότητες.
Επομένως, η επεξεργασία RTP βοηθά στη βελτίωση της μικροδομής και των ιδιοτήτων των φιλμ PZT, έτσι ώστε να έχουν παρόμοιο (001) προσανατολισμό πλέγματος, μορφολογία επιφάνειας και κατανομή στοιχείων σε διαφορετικές θέσεις, γεγονός που συμβάλλει στη βελτίωση της ομοιομορφίας και της απόδοσης των φιλμ.