一種基于電離輻照提升壓電材料性能的方法技術

本發明專利技術公開了一種基于電離輻照提升壓電材料性能的方法，射線輻照使壓電材料電離，以提高壓電材料的鐵電性能，在輻照之前先對壓電材料進行高真空鍍膜，能夠進一步提高壓電材料的鐵電性能。本發明專利技術通過特定劑量的輻照對壓電材料進行處理，實現大規模或者超大規模的批量化提升性能且提升可控，相比傳統的性能提升方法，無需更改壓電材料的制備工藝，采用特定劑量輻照器件，節約了改進設備、產線、工藝的成本，利于大規模推廣。利于大規模推廣。利于大規模推廣。

【技術實現步驟摘要】
一種基于電離輻照提升壓電材料性能的方法


[0001]本專利技術涉及壓電材料制備
，具體涉及一種基于電離輻照提升壓電材料性能的方法。

技術介紹

[0002]隨著科學技術的蓬勃發展，尤其是半導體行業漸漸進入高速發展階段，越來越多的適用于各種方向的半導體器件孕育而生，壓電材料做成的半導體器件近年來認可度逐漸增加，壓電材料具有良好的介電、鐵電、壓電、熱釋電等效應，因此壓電材料逐漸運用于各種半導體器件中，其中，壓電效應主要發現在晶體分子排列不對稱的材料上。一般來說，若向壓電晶體施加壓力，在晶體的某些表面上便產生電荷，稱之為壓電效應，如圖1所示。反過來，因它內部正負電荷中心位移，產生變形振動，這種效應稱為逆壓電效應。
[0003]壓電材料在生活中應用尤為廣泛，隨著人們對壓電材料器件日益增長的需求，探究如何提高壓電材料器件的性能顯得特別重要。
[0004]傳統工藝實現壓電材料性能提升的方法主要從制備工藝入手，研發成本較高；制備工藝對壓電材料性能提升一般還存在上限，如現在常用的鋯鈦酸鉛壓電材料已獲得性能最優的鋯鈦元素比例，成分對性能的進一步提升空間較小；對于規模化制備而言，改變制備工藝時往往會影響后續步驟工藝，基于設備、成本等原因往往難以實現。因此，在不改變現有制備、工藝等條件的情況下，如何實現壓電材料批量化處理并進一步提升壓電性能仍待解決。

技術實現思路

[0005]本專利技術的目的在于提供一種基于電離輻照提升壓電材料性能的方法，該方法直接對壓電材料進行輻照處理，不僅能夠提高壓電材料的鐵電性能，且能夠實現批量大規模處理、不會改變壓電材料原有的生產線。
[0006]本專利技術通過下述技術方案實現：
[0007]一種基于電離輻照提升壓電材料性能的方法，射線輻照使壓電材料電離。
[0008]申請人通過試驗發現：
[0009]對具有特殊晶粒(擇優取向晶粒)的壓電材料進行輻照處理使之電離，能夠提高壓電材料包括極化強度等在內的鐵電性能。
[0010]現有的提高壓電材料的方法是通過對制備壓電材料的生產線進行改進，以提高壓電材料的性能，相對現有的提升方法，本專利技術直接對壓電材料進行輻照處理，無需對現有生產線進行調整，省去了設備、產線、工藝改進的成本；并且，本專利技術采用輻照使壓電材料電離的方式實現壓電材料的性能提升，可通過調節輻照的劑量實現能提升量的可控，即可根據壓電材料應用場景對壓電材料的性能要求，通過控制輻照劑量，采用特定的輻照劑量實現壓電材料性能提升后滿足要求。
[0011]進一步地，在進行輻照之前，先對壓電材料進行真空鍍膜制備頂電極。
[0012]申請人通過試驗發現：
[0013]具有擇優取向晶粒的壓電材料先進行高真空鍍膜，再進行輻照處理，相比直接進行輻照處理，能大幅度提高壓電材料的鐵電性能。
[0014]并且，有擇優取向晶粒的壓電材料先進行高真空鍍膜，相比高真空鍍膜制備頂電極的無擇優取向晶粒壓電材料、以及低真空鍍膜制備頂電極的有則有取向晶粒壓電材料進行輻照處理，均能夠大幅度提高壓電材料的性能。
[0015]高真空鍍膜是指真空度為10
?4～10
?6Pa的真空環境，低真空度是指真空度為10
?1～10
?3Pa的真空環境。
[0016]進一步地，采用特定劑量輻照，根據壓電材料應用場景對壓電材料的性能要求，通過控制輻照劑量，采用特定的輻照劑量實現壓電材料性能提升后滿足要求。
[0017]進一步地，特定劑量的獲取方法包括以下步驟：
[0018]S1、獲取壓電材料的原始鐵電性能；
[0019]S2、采用不同劑量的射線輻照壓電材料，測試對應劑量輻照后壓電材料的鐵電性能；
[0020]S3、基于步驟S1測試的原始鐵電性能和步驟S2獲得的輻照后的鐵電性能，計算獲得不同劑量對應的鐵電性能提升量。
[0021]進一步地，還包括以下步驟：
[0022]S4、構建輻照劑量與鐵電性能提升量的關系曲線圖，基于該關系曲線圖獲取特定劑量。
[0023]不同的壓電材料鐵電性能提升量對應的輻照劑量不同，因此，對于不同的壓電材料鐵，在進行輻照之前，先通過試驗獲得鐵電性能提升量對應的輻照劑量的關系，可以準確找出所需的特定輻照劑量。
[0024]進一步地，輻照采用的輻照源包括鈷
?
60。
[0025]具體地，鈷
?
60同位素衰變過程中放出伽馬射線，這種伽馬射線能夠使壓電材料發生電離，輻照射線不僅僅局限于伽馬射線，理論上射線的能量大于壓電材料的帶隙大小，且能夠使壓電材料發生電離即可。
[0026]進一步地，壓電材料的具備擇優取向晶粒。
[0027]進一步地，壓電材料包括鋯鈦酸鉛基壓電薄膜或鈮酸鉀鈉基壓電薄膜。
[0028]進一步地，當壓電材料為鋯鈦酸鉛基壓電薄膜時，輻照劑量為0.5
?
2.0Mrad。
[0029]進一步地，輻照劑量為1.35Mrad，該輻照劑量能實現性能提升最優。
[0030]本專利技術與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：
[0031]1、本專利技術是直接對壓電材料進行輻照處理，不僅能夠提高壓電材料的性能，且能夠實現批量大規模處理、不會改變器件原有的生產線，省去了的設備、產線、工藝改進的成本。
[0032]2、本專利技術通過對壓電材料先進行高真空鍍膜制備頂電極，再進行輻照處理，能夠大幅度提高壓電材料的鐵電性能。
[0033]3、本專利技術能夠實現大規模或者超大規模的批量化提升性能。
[0034]4、本本專利技術實現的后處理性能提升，高于現有傳統后處理技術(如退火)且實現性能提升可控。
[0035]5、本專利技術為壓電材料的性能提升提供了新思路，使壓電材料的性能提升具有更廣闊的方向
附圖說明
[0036]此處所說明的附圖用來提供對本專利技術實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本專利技術實施例的限定。在附圖中：
[0037]圖1為壓電材料的壓電效應示意圖；
[0038]圖2為本專利技術的工藝流程圖；
[0039]圖3為實施例1的不同輻照劑量電滯回線典型結果圖；
[0040]圖4為實施例1的輻照劑量與性能提升的關系曲線圖；
[0041]圖5為實施例2的不同輻照劑量電滯回線典型結果圖；
[0042]圖6為實施例2的輻照劑量與性能提升的關系曲線圖；
[0043]圖7為實施例3的不同輻照劑量電滯回線典型結果圖；
[0044]圖8為實施例3的輻照劑量與性能提升的關系曲線圖；
[0045]圖9為對比例1的不同輻照劑量電滯回線典型結果圖；
[0046]圖10為對比例1的輻照劑量與性能提升的關系曲線圖。
具體實施方式
[0047]為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本專利技術作進一步的詳細說明，本專利技術的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本專利技術，并不本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于電離輻照提升壓電材料性能的方法，其特征在于，射線輻照使壓電材料電離。2.根據權利要求1所述的一種基于電離輻照提升壓電材料性能的方法，其特征在于，在進行輻照之前，先對壓電材料進行高真空鍍膜。3.根據權利要求1所述的一種基于電離輻照提升壓電材料性能的方法，其特征在于，采用特定劑量輻照。4.根據權利要求3所述的一種基于電離輻照提升壓電材料性能的方法，其特征在于，特定劑量的獲取方法包括以下步驟：S1、獲取壓電材料的原始鐵電性能；S2、采用不同劑量的射線輻照壓電材料，測試對應劑量輻照后壓電材料的鐵電性能；S3、基于步驟S1測試的原始鐵電性能和步驟S2獲得的輻照后的鐵電性能，計算獲得不同劑量對應的鐵電性能提升量。5.根據權利要求4所述的一種基于電離輻照提升壓電材料性能的方法，其特征在于，還包括以下步驟：S4、構建...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孟德超，陳余，孫翔宇，張光輝，周泉豐，
申請(專利權)人：中國工程物理研究院電子工程研究所，
類型：發明
國別省市：