[01254992]一种可应用于声表面波瓦斯传感器的高压电薄膜制备技术

煤矿瓦斯事故是煤矿安全的最大威胁之一，事故破坏性强，灾后可救援性差，严重制约着我国煤矿安全生产和煤炭经济的健康发展。

预防瓦斯事故，关键在于准确、及时的瓦斯浓度监测与检测。因而先进、高精度的瓦斯传感技术成为煤矿安全技术研究领域的热点。

压电薄膜基声表面波瓦斯传感技术能够及时、精确、方便的监测煤矿瓦斯分布，从而能够有效提高煤矿瓦斯监测能力，降低煤矿瓦斯事故发生率，减少人员伤亡与矿产资源损失。

压电薄膜基声表面波瓦斯传感器，具有体积小、灵敏度高、工作稳定、生产成本低、易于集成化等独特优点，将有效提高煤矿瓦斯监测能力。

在压电薄膜基微型传感器制备中，高压电性、高机械品质因数的压电薄膜是该类传感器制备的关键部分。压电薄膜的性能，直接决定了传感器的灵敏度和工作稳定性。

锆钛酸铅（Pb（Zrx，Ti1-x）O3， 即PZT）是一种性能出色的压电材料，其具有比ZnO和AlN薄膜更高的压电系数和机电耦合系数。

但是，PZT材料的机械品质因数较小，尤其是PZT薄膜，其机械品质因数低则几十，高也只有几百，使得其谐振带宽过宽，机械损耗大，直接限制了它在谐振器和传感器等方面的应用，因而如何通过混合或掺杂对PZT改性，以获得高压电性和高机械品质因数的PZT基压电薄膜，成为研究的关键。

本项目在硅基底上制备与表征三元系PMnN-PZT薄膜，系统研究了PMnN添加对PZT薄膜的晶体结构、铁电性、压电性、介电性和居里温度等性质的改性规律，并给出6%摩尔比的薄膜综合特性最优PMnN添加比例。

在硅基底上成功制备出具有高压电性和良好铁电性的三元系0.06PMnN-0.94PZT（50/50）薄膜，并测试出薄膜的横向压电应力系数为 =-14.9C/㎡，该压电系数明显大于PZT（50/50）薄膜的横向压电系数。

硅基底高压电PMnN-PZT（50/50）薄膜的成功制备，解决了压电薄膜基声表面波瓦斯传感器制备的关键问题，同时也对其他相关压电薄膜基微型器件制备具有普适应用价值。