压电表示压电元件(Piezoelectric Element、Piezoelectric Device),压电元件是指通过施加力(压力)产生电压(压电效应),或与之相反,通过施加电压产生变形(逆压电效应)的元件。
压电元件使用具有压电效应的压电材料。施力时,(+)正离子、(-)负离子的位置会移动,产生(+)和(-)电荷的偏移(电极化),从而产生电压。
利用压电效应的主要用途是传感器,利用逆压电效应的主要用途是执行机构。
压电材料大致分为单晶、陶瓷、薄膜等。
罗姆采用的是使用锆钛酸铅(PZT)的薄膜压电。
PTZ取自元素符号(PbZrxTi1-xO3)(0
大致将厚度约为几μm的叫作薄膜压电(压电薄膜),几十μm以上的叫作块体压电(厚膜压电)。
利用薄膜压电可以实现元件的小型化、集成化、高精度化、低功耗化。
生成薄膜PZT的方法有溶胶凝胶法、溅射法、MOCVD法等。下表汇总了其各自的特点。
溶胶凝胶法 | 溅射法 | MOCVD法 | |
---|---|---|---|
将溶胶状态的液体涂布在电路板上,通过加热、烧成使其成膜。为了获得所需的膜厚,基本上需要将上述循环重复多次 | 用高能Ar离子撞击目标,使撞击产生的目标物质附着在电路板上成膜。 | 向反应室内通入化合物气体,利用温度和等离子体促进气体化学反应,成膜温度较低。 | |
压电性能 | 非常好 | 非常好 | 不确定 |
吞吐量 | 一般 | 好 | 差 |
可靠性 | 非常好 | 一般 | 好 |
均一性 | 非常好 | 好 | 好 |
极化稳定性 | 一般 | 好 | 一般 |
费用 | 一般 | 一般 | 一般 |
应用 | Actuator (1~3μm) |
Actuator or Sensor (1~5μm) |
FeRAM (<100nm) |
关于压电相关术语的简要说明。
术语 | 说明 |
---|---|
压电(Piezo) | 指压电元件(piezoelectric element、piezoelectric device) |
压电效应 | 通过施加力(压力)产生电压的现象 |
逆压电效应 | 通过施加电压产生变形的现象 |
压电元件 | 利用压电效应、逆压电效应的零件、元件 |
传感器 | 利用科学原理将现象和信息等转换为电信号等的装置 |
执行机构 | 将电等能源转换为机械运动,用于运行设备的驱动装置 |
离子 | 指因电子过剩或缺失而携带电荷的原子 |
压电材料 | 表现压电性的结晶性物质的统称 |
压电单晶 | 材料内部的晶体结构均匀连续的压电材料 |
压电陶瓷 | 拥有晶粒结构或畴壁结构的压电体 |
晶粒结构 | 在多晶体中,2个以上的小晶体之间存在的界面 |
畴壁结构 | 晶体内存在极化方向不同的边界的结构 |
极化 | 置于电场或磁场时产生正负电化,或是产生磁极的现象 |
PZT | 指锆钛酸铅(PbZrxTi1-xO3)(0 |
溅射 | 使高能粒子撞击金属表面,利用飞出的原子进行制膜的方法 |
CSD | 通过涂布、烧成金属有机酸盐或化合物溶液形成薄膜的方法 |
溶胶凝胶法 | CSD的一种。通过对溶胶状态的液体进行加热、烧成来得到薄膜的方法 |
溶胶状态 | 以液体为分散介质的胶体(例:肥皂水、浆糊、蛋清、牛奶、蛋黄酱等) |
凝胶状态 | 溶胶状态丧失流动性后的状态 |
MOCVD | 有机金属气相沉积法,使用有机金属和气体作为原料的晶体生长方法 |
占板面积 | 占有面积,这里指设置装置时使用的面积 |
压电体 | 指通过施加应力产生极化(电压)的介电体 |
热释电体 | 即使不从外部施加电场,也可以自发极化的压电体 |
铁电体 | 从外部施加电场可以使极化方向反转的热释电体 |
薄膜压电 | 指压电材料的厚度约为几μm的压电元件 |
块体压电 | 指压电材料的厚度为几十μm以上的压电元件 |
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