Mn掺杂Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3单晶微米尺度压电阵列的制备与铁电畴结构研究

王巨杉; 罗豪甦; 马金鹏; 赵祥永; 陈明珠; 王飞飞; 王涛; 唐艳学; 程玮; 林迪

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超声探头是高端医学超声诊疗设备的核心元件,由弛豫型铁电单晶制备的新型压电器件可显著提高其性能.由于高阵元密度阵列技术与微机电系统迅速发展,传统切割填充法刀缝过宽,难以降低阵元尺寸,无法提高阵元密度,更不利于高分辨率及高频率的应用需求.采用紫外光刻-深反应离子刻蚀工艺的微机械制备方法,可以降低缝宽、提升阵列密度.制备了基于新型、高性能弛豫铁电单晶—Mn离子掺杂0.3Pb(In1/2Nb1/2)O3-0.4Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3(Mn-PIMNT)的微米尺度压电阵列.研究了紫外光刻工艺参数、深反应离子刻蚀工艺参数对压电阵列形貌的影响规律,得到了不同沟道深度与不同压电阵元形状的形成机制以及Mn-PIMNT单晶的刻蚀速率与天线功率、偏置功率及刻蚀气体比例之间的关系规律.得到压电阵列阵元尺寸小于10μm,沟槽深度大于20μm,沟槽宽度小于5μm,侧壁角度高于87°.通过压电力显微镜研究了微米尺度压电阵元的铁电畴结构及电场效应调控.与传统切割填充法相比,本文的加工方法不存在刀缝过宽,可确保单晶晶向,促进了高频率压电单晶复合材料、高密度超声换能器阵列以及新型压电微机械系统的发展.

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来源
《物理学报》 |2020年第18期|361-369|共9页
作者
王巨杉; 罗豪甦; 马金鹏; 赵祥永; 陈明珠; 王飞飞; 王涛; 唐艳学; 程玮; 林迪;
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作者单位

上海师范大学数理学院上海 200234;

中国科学院上海硅酸盐研究所人工晶体研究中心上海 201899;

上海师范大学数理学院上海 200234;

上海师范大学数理学院上海 200234;

上海师范大学数理学院上海 200234;

上海师范大学数理学院上海 200234;

上海师范大学数理学院上海 200234;

上海师范大学数理学院上海 200234;

上海师范大学数理学院上海 200234;

中国科学院上海硅酸盐研究所人工晶体研究中心上海 201899;

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正文语种 chi
中图分类
关键词
弛豫铁电单晶; 压电阵列; 深反应离子刻蚀;

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