Thickness Dependence of Orientation, Longitudinal Piezoelectric and Electrical Properties of PZT Films Deposited by Using Sol-gel Method

솔젤법에 의해 제조한 PZT(52/48) 막의 두께에 따른 우선배향성의 변화 및 이에 따른 압전 및 전기적 물성의 변화 평가

Thickness dependence of orientation on piezoelectric and electrical properties was investigated by PZT (52/48) films by diol based sol-gel method. The thickness of each layer by spinning at one time was $0.2{\mu}m$ and crack-free films could be successfully deposited on 4 inches Pt/Ti/$SiO_2$/Si substrates by 0.5 mol solutions in the range from $0.2{\mu}m$ to $3.8{\mu}m$. Excellent P-E hysteresis curves were achieved, which were attributed to the well-densified PZT films and columnar grain without pores or any defects between interlayers. The (111) preferred orientation of films were shown in the range of thickness below $1{\mu}m$. As the thickness increased, the (111) preferred orientation disappeared from $1{\mu}m$ to $3{\mu}m$ region, and the orientation of films became random above $3{\mu}m$. Dielectric constants and longitudinal piezoelectric coefficient, $d_{33}$, measured by pneumatic method were saturated around the value of about 1400 and 300 pC/N respectively above the thickness of $1{\mu}m$.

MEMS 소자에의 응용을 위한 PZT(52/48) 박막을 diol을 용매로한 솔젤법에 의해 제조하였으며 미세구조에 따른 전기적 특성 및 압전 특성 관계를 고찰하였다. 0.5 mol 의 sol을 제작하여 1회 코팅시 $0.2{\mu}m$ 두께를 갖는 균열 없는 박막을 얻을 수 있었으며 $0.2{\mu}m$에서 $3.8{\mu}m$의 두께의 막을 증착하였다. 미세구조사진으로부터 층간 porous한 영역이 관찰되지 않음과 제2상의 성장이 없는 치밀한 columnar입자 성장을 확인 할 수 있었으며 균열없는 치밀화된 입자의 성장으로부터 우수한 이력곡선을 얻을 수 있었다. XRD분석으로부터 우선 배향성을 알아본 결과 (111)우선 배향성이 $1{\mu}m$ 영역까지 우세하다가 $1{\mu}m$이상의 두께에서 점차 random하게 바뀌는 것을 확인할 수 있었으며, 유전 특성 및 압전특성의 경향도 이와 유사하게 $1{\mu}m$ 영역까지 증가하다가 그 이상의 두께에서는 수렴하여 각각 1400, 300 pC/N 정도의 우수한 값을 가졌다.