Pb(Zr,Ti)O3薄膜的PLD生长研究+文献综述(3)
表2 铁电薄膜的性质及相应的器件
性质 主 要 器 件
介电性 电容器、动态随机存取存储器（DRAM）
压电性 声表面波（SAW）器件、微型压电马达、微型压电驱动器
热释电性 热释电探测器及阵列
铁电性 铁电随机存取存储器（FRAM）、介质移相器、压控滤波器
电光效应 光调制器、光波导
声光效应 声光偏转器
光折变效应 光调制器、光全息存储器
非线性光学效应 光学倍频器
2 PZT靶材的制备
本节详细说明了脉冲激光沉积法制备PZT铁电薄膜的实验中所需的靶材，即PZT压电陶瓷的制备方法及实验装置。
PZT压电陶瓷的制备一般分为原料的称量、混合、预烧、研磨、成形、烧结等步骤[13]。本实验按下述步骤进行。
（1） 称量
图1为PbZrO3-PbTiO3的相图[14]，根据图1在如下的反应式中，
PbO+xZrO2+(1-x)TiO2→Pb(Zrx,Ti1-x)O3
当X取为0.5左右时，制备出的PZT靶材料其性能(如压电系数等)最佳。因此，本文取x=0.52。用分析天平按PbO、ZrO2、TiO2的摩尔数为1：0.52：0.48称量PbO、ZrO2、TiO2。为了由PbO、ZrO2、TiO2制各出PZT靶材料，需要考虑在高温烧结过程中PbO的挥发，通常需加入10％左右的过量的PbO。但在本实验中，采用在高温烧结的过程中在密封腔中有意放入如图1所示的大块PbO的措施来防止PbO的挥发，因此可严格按如下的化学反应式的配比进行称量。
PbO+0.52ZrO2+0.48TiO2→Pb(Zr0.52,TiO.48)O3
图1 PbZrO3-PbTiO3的相图
（2）混合
压电陶瓷坯体中的各种组分应当非常均匀地加以混合，这是很重要的。大多数的陶瓷体属于固溶体，如果均匀性不好，则压电和介电性质一般会受到损害。实验中可将按比例称量好的PbO、ZrO2、TiO2的混合物研磨1小时，使其混合均匀。
（3）预烧
将混合均匀后的PbO、ZrO2、TiO2的混合物装入瓷坩埚中预烧3小时，预烧的目的是除去混合物中的水分及其它可挥发的杂质。但预烧温度不能太高，因为当温度达到800℃左右时，PbO将开始挥发。实验中，最好将预烧温度保持在600℃。
（4）研磨
研磨可以使原先存在组成的不均匀性或由预烧产生的不均匀性得到改善。一般要求将颗粒磨到lμm至10μm之间。如果太粗，则陶瓷颗粒间会有比较大的空隙，同时降低烧成后靶材料的密度。如果太细，则它的胶体性质（类似于纳米材料在烧结过程中的团聚现象）可能妨碍后来的成形。
（5）成形
将研磨后的混合物在700 kg/cm2的压强下压制成直径为25mm的试样。
（6）烧结
将试样放入图2所示的实验装置中进行烧结，为了避免烧结后试样粘结在一起，试样与试样之间撒上与试样同样组成的粉末（即PbO，ZrO2，TiO2混合研磨后的混合物）。由室温开始，以3～5℃/min的速度加温，当温度达到1200℃后，保持2小时。为了防止PbO的挥发，在两个刚玉坩埚所封闭的密封腔中有意放入如图所示的纯PbO块，在烧结过程中，达到一定温度时，纯PbO块较试样中的PbO更易挥发，从而使密封腔中充满PbO气体。由理论可知，PbO的蒸气压在1200℃时为50毫米汞柱左右[15]，所以密封腔中的PbO气体很快达到饱和，避免了试样中PbO的挥发，得到PZT压电陶瓷。
其反应过程为
反应I： 未反应；
反应II： PbO+TiO2→PbTiO3；
反应III：PbTiO3+PbO+ZrO2→Pb(Zr1-x,Tix)O3；
反应Ⅳ： Pb(Zr1-x,Tix)O3+PbTiO3→Pb(Zr1-x’,Ti x’)O3 x<x’
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