PMNT鐵電薄-厚膜及其MEMS致冷器制備工藝的研究.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)的迅速發(fā)展，MEMS產(chǎn)品不斷向小型化發(fā)展，導(dǎo)致熱流密度急劇上升，器件的溫度迅速增高，嚴(yán)重影響器件的性能，散熱問(wèn)題已經(jīng)成為MEMS等相關(guān)器件發(fā)展的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)冷卻技術(shù)已經(jīng)不能滿足致冷要求的情況下，利用鐵電致冷探索微型MEMS致冷器便有重要的意義。 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（PMNT）是目前研究較多的一類材料，它具有較高的熱釋電系數(shù)、相對(duì)低的介電常數(shù)和損耗，是制備鐵電微型MEMS致冷器的首選材料

2、之一。本論文對(duì)PMNT薄/厚膜及超細(xì)粉體和以PMNT鐵電薄/厚膜為致冷介質(zhì)的鐵電MEMS致冷器的制備工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 首先以醋酸鉛、乙酸鎂、乙醇鈮和鈦酸四丁酯為原料，利用Sol-Gel工藝制備出鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)、性能較好的PMNT鐵電薄膜。在700℃×1h退火條件下制備的PMNT鐵電薄膜25°C下Pr約為2.5μCcm-2，在20~30℃之間熱釋電系數(shù)為10-8C·cm-2·K-1量級(jí)。 其次，采用Sol-Gel法和共

3、沉淀法制備了PMNT超細(xì)粉體，制備的粉體均具有純鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)，粒徑范圍分別為1~5μm 和50~100nm。共沉淀法制備的粉體粒度更小，分散性更好,更適合于厚膜的制備。共沉淀法制備粉體過(guò)程中，采用帶有蠕動(dòng)泵的毛細(xì)管緩慢將溶膠加入到堿性溶液中的方法控制粉體的生成條件，從根本上限制了顆粒的長(zhǎng)大，解決了粉體制備周期長(zhǎng)、燒結(jié)溫度高的問(wèn)題；粉體干燥階段采用有機(jī)溶劑清洗結(jié)合紅外干燥的方法，解決了常規(guī)制備方法中粉體分散性差的局限。 以上工作為

4、基礎(chǔ)，利用0-3復(fù)合法研究了PMNT鐵電厚膜的制備，得到了厚度在2~30μm的PMNT鐵電厚膜，無(wú)裂紋、致密性好、晶粒分布均勻。退火工藝為700℃×1.5h時(shí)，厚度為4μm的膜在20~30℃之間的熱釋電系數(shù)約為10-8C·cm-2·K-1量級(jí)。同時(shí)研究了分散劑和超聲技術(shù)對(duì)超細(xì)粉體在溶膠中分散性的影響，并利用薄/厚相間工藝改善了厚膜的表面形態(tài)。 另外，論文中還研究了PMNT鐵電薄/厚膜的濕法腐蝕技術(shù)，確定了HF/HNO3/H2O（