[发明专利]一种高质量压电薄膜退火降温方法和制备方法

说明书

本发明实施例涉及压电材料技术领域，具体涉及一种高质量压电薄膜退火降温方法和制备方法。所述退火降温方法为在压电薄膜退火后包括第一段降温过程和第二段降温过程；所述第一段降温过程为在退火炉内以降温速率为0.5‑1℃/s降温至第一温度；所述第二段降温过程为在退火炉内以2‑3℃/s的降温速率从第一温度降温至第二温度。本发明通过控制退火后降温段数的降温速率、降温温度以及降温时长，使压电薄膜与衬底间由于热膨胀系数不同导致薄膜内部产生的应力得到缓慢释放，减少薄膜内部的裂纹，提升薄膜质量，进而降低漏电流，从而提升其电学性能。

技术领域

本发明涉及压电材料技术领域，更具体地说，是涉及一种高质量压电薄膜退火降温方法和制备方法。

背景技术

随着电子元器件向多功能化、小型化、高灵敏度和绿色化方向的飞速发展，压电薄膜逐渐成为各种微型驱动器和传感器中不可替代的重要组成部分。因此，压电薄膜在基础研究与应用研究两方面都受到了广泛的关注。

压电陶瓷是一类很有前景的功能材料，但是相对于陶瓷块体材料的研究，薄膜材料的研究相对滞后，因此开发高性能的压电薄膜至关重要。常见的压电薄膜的制备方法包括物理气相沉积法、化学气相沉积法、化学液相沉积法等。其中化学气相沉积法中的溶胶-凝胶法由于制备成本低、操作简便易产业化、无毒害物质等优点受到了广泛的关注。溶胶-凝胶法是通过将含有一定离子配比的金属醇盐和其他有机或无机金属盐溶于共同的溶液中，通过水解和聚合形成均匀的前驱体—溶胶，再经提拉、旋涂、沉积等方式将溶胶涂覆在衬底上，然后烘干处理，最后退火处理得到压电薄膜。但是在该制备方法中，由于衬底与薄膜的热膨胀系数不同，薄膜内部产生的大量残余应力使薄膜内部产生裂纹。并且随着薄膜厚度的增加，内部缺陷的增多同样会使薄膜产生内部裂纹的几率增大，导致压电薄膜质量较差。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

发明目的

为解决上述现有技术中压电薄膜的主要问题和缺陷，本发明的目的在于提供一种高质量压电薄膜退火降温方法和制备方法。本发明采用退火后分段降温的方式，通过控制降温段数的降温速率、降温温度降温时长，提升了压电薄膜的质量和性能。

解决方案

为实现本发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种高质量压电薄膜退火降温方法，所述退火降温方法为压电薄膜退火后包括第一段降温过程和第二段降温过程；所述第一段降温过程为在退火炉内以降温速率为0.5-1℃/s降温至第一温度；所述第二段降温过程为在退火炉内以2-3℃/s的降温速率从第一温度降温至第二温度。

在一种可能的实现方式中，所述第一温度为300℃。

在一种可能的实现方式中，所述第二温度为25℃。

第二方面，本发明提供了一种高质量压电薄膜制备方法，所述制备方法包括上述的退火降温方法。

在一种可能的实现方式中，所述制备方法还包括在退火降温步骤前依次进行的衬底处理、旋涂沉积薄膜、烘干、热解以及退火步骤。

在一种可能的实现方式中，所述衬底处理为采用乙醇对衬底表面进行清洗干燥。

在一种可能的实现方式中，所述旋涂沉积薄膜为将溶胶用针孔注射器吸取后，利用匀胶机以400～700rpm的转速旋涂10s，再以3000～5000rpm的转速旋涂20～50s，将溶胶旋涂到处理后的衬底上。

在一种可能的实现方式中，所述烘干为在200℃下干燥120s。