[发明专利]具有压电薄膜的偏置结构及其形成方法

说明书

本申请公开一种具有压电薄膜的偏置结构及其形成方法，所偏置结构包括：底电极；位于所述底电极表面的压电薄膜；所述底电极与所述压电薄膜之间的指标参数的差异大于等于最低阈值，所述指标参数与压电薄膜的自发极化相关。本方案提出以功函数差异为核心，综合考虑晶格失配和热失配等各项指标参数，通过采用性质不完全相同的底电极材料和顶电极材料，得到底电极‑压电薄膜‑顶电极的偏置结构设计，改变压电薄膜的电学边界条件和机械边界条件，增强压电薄膜的自发极化，从而获得性能更加优异的压电薄膜材料。

技术领域

本申请涉及压电技术领域，具体涉及一种具有压电薄膜的偏置结构及其形成方法。

背景技术

压电效应自1880年被法国物理学家居里兄弟发现以来，在传感器、执行器、换能器等领域得到了广泛的应用。近年来，随着微电子技术的发展，微型化、集成化、低功耗成为发展趋势，MEMS(微机电系统)工艺成为研究热点。在压电MEMS工艺中，制备具有优异压电性能的压电薄膜是关键技术问题。

对于压电薄膜而言，自发极化是决定其压电性能的关键因素。通常来说，更强的C轴取向具有更强的自发极化，因而具有更高的压电性能。然而，压电薄膜在极化状态下，容易在表面形成相反极性的电荷，即形成退极化场，来抵消一部分自发极化，从而对性能产生不利的影响。

因此，现有的压电薄膜在实际应用中的性能还有待进一步的提高。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种具有压电薄膜的偏置结构及其形成方法，以进一步提高压电薄膜在实际应用中的性能。

本申请提供的一种具有压电薄膜的偏置结构，包括：底电极；位于所述底电极表面的压电薄膜；所述底电极与所述压电薄膜之间的指标参数的差异大于等于最低阈值，所述指标参数与压电薄膜的自发极化相关。

可选的，还包括：位于所述电压薄膜表面的顶电极，所述顶电极与所述压电薄膜之间的指标参数的差异大于等于所述最低阈值。

可选的，所述指标参数包括：功函数、晶格常数以及热膨胀系数中的至少一种。

可选的，所述差异的最低阈值大于等于压电薄膜的对应指标参数的5％；所述差异小于等于压电薄膜的对应指标参数的30％。

可选的，所述指标参数包括功函数时：所述底电极和所述压电薄膜的功函数从小到大的方向与所述压电薄膜内自发极化方向相同，和/或，所述顶电极和所述压电薄膜的功函数从小到大的方向与所述压电薄膜内自发极化方向相同，以增强所述压电薄膜的自发极化。

可选的，所述指标参数包括功函数时：所述底电极和所述压电薄膜的功函数从小到大的方向与所述压电薄膜内自发极化方向相反，和/或，所述顶电极和所述压电薄膜的功函数从小到大的方向与所述压电薄膜内自发极化方向相反，以减弱所述压电薄膜的自发极化。

可选的，所述指标参数包括晶格常数时，所述底电极和所述顶电极中至少一个电极的晶格常数小于所述压电薄膜的晶格常数，以增强所述压电薄膜的自发极化；或者，所述底电极和所述顶电极中至少一个电极的晶格常数大于所述压电薄膜的晶格常数，以减弱所述压电薄膜的自发极化。

可选的，所述指标参数包括热膨胀系数时，所述底电极和所述顶电极中至少一个电极的热膨胀系数大于所述压电薄膜的晶格常数，以增强所述压电薄膜的自发极化；或者，所述底电极和所述顶电极中至少一个电极的热膨胀系数小于所述压电薄膜的热膨胀系数，以减弱所述压电薄膜的自发极化。

可选的，还包括：位于所述底电极和所述压电薄膜之间的缓冲层；所述缓冲层的功函数位于所述底电极的功函数和压电薄膜的功函数大小之间。

可选的，所述底电极包括单层或多层堆叠结构，所述底电极的材料包括金属和导电氧化物中的至少一种；所述顶电极包括单层或多层堆叠结构，所述顶电极的材料包括金属和导电氧化物中的至少一种。