1．目的及意义
锆钛酸铅（PZT）薄膜由于具有优良的压电、铁电、介电、热释电和机电耦合性能，成为当前国际上备受关注的功能材料，在微机电系统（MEMS）技术中被广泛应用^[1]，比如：铁电存储器^[2,3]、数字开关^[4]、振动能量釆集器^[5,6,7,8]与燃料电池^[9,10]等。

最早PZT 压电材料是以压电陶瓷的方式被发现的，随着PZT陶瓷材料缺点逐渐显现出来，PZT铁电薄膜成为铁电材料应用研究的重要方向之一。PZT 薄膜器件具有响应快，探测信号快，结构紧凑，机械强度好^[11]，可提高波长范围等特点，为器件的集成化和微型化创造条件^[12]。目前，PZT 薄膜材料的制备和应用研究已成为铁电学研究的热点之一^[13,14]。

台湾国立大学马小康^[15]教授发表了关于PZT薄膜与质子交换膜燃料电池相结合成功的研究成果，他们将PZT器件粘接到薄膜上，通过正弦信号发生器驱动。利用其压电性能为燃料电池提供动力，在180Hz时激励使他的输出电流增大了三倍达到0.41A。

PZT由于具有大的介电常数和小的介电损耗，所以在pMUT技术中被广泛应用^[16,17,18]。Un-Hyun Lim^[19]等基于溅射法制备的PZT薄膜，开发出了高频率下工作的压电式微机电超声传感器（pMUT）。

西安交通大学的Zhao^[20]等利用PZT薄膜材料设计并制作了一种热电红外探测器。热电红外探测器通常由辐射调制系统（radiationmodulation system），检测电路（readout circuit）和感应元件组成，而感应元件是探测器的核心元件，高性能的感应材料是制作一个感应元件的关键。他们用微机电系统（MEMS）技术将PZT薄膜沉积在Si ₃ N ₄ /SiO ₂ /Si基片上制作出了高效的感应元件。

PZT薄膜的制备方法中最成熟的是溶胶-凝胶法，但难以保证在大批量生产时薄膜性能的稳定性，磁控溅射法所制备的薄膜重复性高，稳定性强，致密性好，具有很大的应用前景。确定磁控溅射法中影响薄膜生长的因素，制定合理的工艺参数、热处理参数等，使得通过磁控溅射法制备高质量的PZT薄膜具有很大的实际意义。

Robert R. Benoit等人^[21]将PZT薄膜直接沉积在了硅-蓝宝石（Silicon-on-Sapphire）基片上，并与沉积在硅片上的薄膜的进行了性能比较。他们发现沉积在SOS基片的PZT薄膜饱和极化强度和剩余极化强度均有所提高，但是峰值介电常数有所下降。日本神户大学的T Ito等人^[22]用射频磁控溅射法把PZT薄膜沉积在了多种金属材料表面并测试了性能，他们的结果表明沉积在铁氧体不锈钢（FSS）表面的PZT薄膜有着最好的压电性能，并且发现PZT薄膜的介电常数对基片的热膨胀系数显示出明显相关性。

本课题采用磁控溅射法制备PZT薄膜，通过探究在制备过程中影响薄膜生长的因素，掌握磁控溅射法制备薄膜的原理，了解溅射气氛、衬底温度等因素对薄膜生长的作用机理，加强对XRD、FESEM等表征手段的分析能力。

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2. 研究的基本内容与方案

{title} 2.1 基本内容

1、探究磁控溅射工艺对PZT薄膜性能的影响

氩气氧气流量比、基片温度、气压、溅射时间、溅射功率、退火温度等工艺参数都会影响PZT薄膜的性能。改变工艺参数制备不同PZT薄膜，分析工艺参数对薄膜生长的影响，确定最佳的溅射参数。

2、PZT薄膜性能的研究