壓電薄膜材料的性能分別有以下幾點:
1、介電常數(shù)
雖然壓電薄膜為單晶薄膜或者為擇優(yōu)取向的多晶薄膜,但是在其中的原子堆積卻不像在晶體中那樣緊密和有序,因此壓電薄膜的介電常數(shù)值與晶體的數(shù)值有差異。除此之外,還有在薄膜中常有的較大的殘留內(nèi)應(yīng)力以及測量上的原因,也導(dǎo)致薄膜的介電常數(shù)值不同于晶體的相應(yīng)數(shù)值。
已有研究表明:壓電薄膜的介電常數(shù)不但與晶體方向有關(guān),而且還依從于測試條件。壓電薄膜的介電常數(shù)有相當(dāng)大分散性的原因,除了內(nèi)應(yīng)力大小和測試條件不同以外,海印薄膜成分偏離化學(xué)式計量比和薄膜厚度的差別;一般認為,薄膜的介電常數(shù)隨厚度減薄而變小。另外,壓電薄膜的介電常數(shù)隨溫度、頻率的變化也會發(fā)生明顯的變化。
2、體積電阻率
從降低壓電薄膜的介質(zhì)損耗和弛豫頻率來說,都希望它具有很高的電阻率,至少應(yīng)該ρv≥108Ω?cm。AlN薄膜的電阻率2×1014~1×1015Ω?cm,遠高于108Ω?cm,因而在這一方面,AlN是十分優(yōu)異的薄膜。另外,AlN壓電薄膜的電導(dǎo)性隨溫度的變化也服從
1nσ∝1/T規(guī)律。
有壓電效應(yīng)的晶體都不具有對稱中心,所以其電子遷移率也是各向異性的,電導(dǎo)率也是各不相同的。AlN壓電薄膜沿C軸方向的電導(dǎo)率就不同于垂直C軸的方向,前者約小1~2個數(shù)量級。
3、損耗角正切
AlN壓電薄膜的介質(zhì)損耗角正切tanδ=0.003~0.005,ZnO薄膜的tanδ則較大,為0.005~0.01。這些薄膜的tanδ之所以有這樣大,是由于這些薄膜中除了有電導(dǎo)過程以外,還存在著顯著的弛豫現(xiàn)象。
與介質(zhì)薄膜類似,壓電厚膜的tanδ隨溫度和頻率的上升以及濕度的增大,都逐漸增大。另外,在薄膜厚度減少時,tanδ趨向于增大。顯然,tanδ隨溫度的上升是由于電導(dǎo)的變大和弛豫子的增多,它隨頻率增大時因為時間內(nèi)弛豫次數(shù)增多。
4、擊穿強度
因為電介質(zhì)的擊穿場強屬于強度參數(shù),而且在薄膜中又難免有各種缺陷,所以壓電薄膜的擊穿場強有相當(dāng)大的分散性;安電介質(zhì)的擊穿理論,對于完整無缺的薄膜,其擊穿場強應(yīng)該隨薄膜厚度的減小而逐漸增大。但是實際上,因為薄膜中含有不少缺陷,厚度越小時缺陷的影響越顯著,所以在厚度減到一定數(shù)值時,薄膜的擊穿場強反而急劇變小。對薄膜擊穿場強,除了薄膜自身的原因外,還有在測試時電極邊緣的影響。由于薄膜越厚,電極邊緣的電場越不均勻,所以隨薄膜厚度的增加,其擊穿場強逐漸降低。