《表1 各材料的线性膨胀系数》

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《基于石英基底的PZT薄膜制备研究》

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PZT薄膜和石英基底线性热膨胀系数的过大差距导致了PZT薄膜内部受到张力作用。溶胶-凝胶法制备PZT薄膜过程需要进行高温退火，由于PZT薄膜的线性热膨胀系数远大于石英基底，如表1所示，又由于PZT薄膜底面被约束，会导致PZT薄膜随着厚度的增加，其变形量也会增加，这会使得薄膜内部产生向外的张力，如图1(a）所示。其中h代表了PZT薄膜的厚度，F代表了由于线性不匹配导致的向外的张力，M为力F产生的弯矩，其表达式如公式（1）所示。由公式可知，随着厚度的增加，PZT薄膜受到的弯矩也会逐渐增大，这会使薄膜更容易产生裂纹，甚至断裂并向上卷曲，使PZT薄膜丧失压电性能。在石英基底和PZT薄膜之间沉积一层氮化硅薄膜则可解决PZT薄膜开裂的问题，如图1(b）所示。氮化硅的线性热膨胀系数介于石英和PZT薄膜之间，其起到过渡层的作用，过渡层可以减小PZT薄膜的变形量，进而减小受到的张力F和弯矩M，PZT薄膜越不容易开裂。