一种铁电复合膜及其制作的原型器件.docx

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一种铁电复合膜及其制作的原型器件

专利申请信息确认表

说明书摘要

本发明公开了一种光致伸缩复合膜及其制成的光驱动器，该复合膜依次由衬底层、下电极层、压电材料层、中间电极层、光伏材料层和顶电极层六层组成，将压电材料和光伏材料制成薄膜形式，有利于减小光驱动器的尺寸；将压电薄膜和光伏薄膜制成复合膜，有利于提高光驱动器的光致伸缩效应。

本发明的光驱动器的下电极层的截面设计为L形，将压电材料层、光伏材料层和顶电极层设置在L型腔内并与下电极连接，实现底电极和顶电极的无导线导通，进一步有利于减少光驱动器的尺寸，可使光驱动器更美观。

摘要附图

请描述各层的作用：

上电极：

将光照下光伏层PLZT产生的电压输送到压电层PZT上。

此时光伏层PLZT相当于电源，上电极起导线的作用。

为了让更多的光透射到光伏层PLZT，我们选择透明的ITO作为上电极。

光伏材料层：

光伏层起电源的作用，能产生电压。

铁电材料具有反常光生伏打效应，在光照下能产生电压。

所以我们选择具有较高光成电压的铁电材料PLZT作为光伏层。

中间电极层：

起导线的作用。

与上电极一起，将光照下光伏层PLZT中产生的电压传输到压电层PZT上。

压电材料层：

产生形变。

将光照下光伏层PLZT产生的电压传输到压电层上。

利用压电层的逆压电效应，使压电层在电场作用下产生形变。

为了产生更大的形变，我们选择具有压电系数较大的PZT作为压电层。

底电极层：

为了测量光伏层的光生电压和压电层的压电性能，需要导电性良好的底电极材料。

衬底层：

由于光伏层、压电层、电极层等，都是薄膜，而薄膜必须制备在平整的“片”状材料上才能存在，这就是衬底（也叫基片）。

如果将SRO单晶作为衬底的话，则衬底STO可以不要。

考虑到SRO单晶比较昂贵，而STO比较廉价，所以我们选择STO作为衬底。

底电极的结构为L形正是本发明专利的创新点之一，直接用底电极将顶电极ITO和底电极SRO导通，而不用导线连接，这无论从尺寸上和美观上都是有利的。

——也就是说压电材料PZT和光伏材料PLZT可以设计为不需要与底电极导通

权利要求书

1．一种光致伸缩复合膜，其特征在于：

包括六层，依次为：

一衬底层；

一底电极层，设置在衬底层上；

一压电材料层，设置在底电极层上；

一中间电极层，设置在压电材料层上；

一光伏材料层，设置在中间电极层上；

一顶电极层，设置在光伏材料层上，用于将光线透射到光伏材料层。

2.根据权利要求1所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：

所述衬底层采用SrTiO3，SrTiO3（STO）与SrRuO3（SRO）均属于钙钛矿型氧化物，与PZT的晶格匹配程度较好，且导电性优良，以SRO作为衬底和底电极，易制备出结晶度好、漏电流小、抗疲劳性能高的PZT取向薄膜。

是否可用其他材料替换。

可以用其它材料替换，只是，选择合适的材料，得到的伸缩效应会更大。

3.根据权利要求1所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：

所述底电极层和中间电极层采用SrRuO3制成，也可以采用与PZT晶格匹配好，导电性好的钙钛矿型LaNiO3等。

是否有其他材料替换。

4.根据权利要求1所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：

所述压电材料层选用锆钛酸铅（Pb（ZrxTi1-x）O3），也可采用钛酸铅（PbTiO3）、（压电性钛酸钡（BaTiO3）等，但后两者的压电性能比Pb（ZrxTi1-x）O3差。

是否有其他材料替换中的一种制成，x取值范围0.52,0.53，在此比例，易形成准同型相界，压电性能达到最大值，其中x为0.52最佳，所以优选Pb（Zr0.52Ti0.48）O3。

5.根据权利要求1所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：

所述光伏材料层采用PLZT（Pb1-xLaxZr1-yTiyO3），其他铁电材料如钛酸钡（BaTiO3）、铁酸铋（BiFeO3）等，但与PLZT相比，BaTiO3光伏效应弱，而BiFeO3具有铁磁性，会对光驱动器产生电磁干扰。

已有文献报道，掺La量为0.03时，可获得较大的光生电压。

是否有其他材料替换铁电材料中的一种制成，优选Pb0.97La0.03Zr0.52Ti0.48O3。

6.根据权利要求1所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：

所述顶电极层采用铟锡氧化物（ITO）制成，其它如锡氟氧化物（FTO）、锌铝氧化物（AZO）。

是否有其他材料替换。

7.一种光致伸缩复合膜的光驱动器，其特征在于：

包括衬底层，其上设置有底电极；所述底电极截面设置为L形，底电极的L型腔内平行于其底面依次设置有压电材料层、中间电极层、光伏材料层和顶电极层，且底电极的竖直面分别与压电材料层、光伏材料层和顶电极层的一侧面连接；底电极层的竖直面不与所述中间电极层的任一侧面连接。

8.根据权利要求7所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：

所述衬底层采用SrTiO3。

9.根据权利要求7所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：

所述底电极层和中间电极层采用SrRuO3制成。

10.根据权利要求7所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：

所述压电材料层选用锆钛酸铅（Pb（ZrxTi1-x）O3）中的一种制成，x取值范围……优选Pb（Zr0.52Ti0.48）O3。

11.根据权利要求7所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：

所述光伏材料层采用PLZT铁电材料中的一种制成，优选Pb0.97La0.03Zr0.52Ti0.48O3。

12.根据权利要求7所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：

所述顶电极层采用铟锡氧化物（ITO）制成。

说明书

一种光致伸缩复合膜及其制作的光驱动器

技术领域

本发明属于光驱动器领域，具体涉及一种光致伸缩复合膜及其制作的光驱动器。

背景技术

与电、磁驱动相比，光驱动器由于具有无电磁噪音干扰和无需外加电/磁场，且可实现无线远程控制、便于器件的轻量化、小型化、集成化等优点而备受青睐，可用于微机电与微光机电系统驱动。

光驱动器基于材料的光致伸缩效应工作，该类材料主要有半导体、铁电陶瓷、有机聚合物。

其中，铁电陶瓷具有制备简单、成本较低、光致伸缩效应较强等优点，其光致伸缩效应是光伏效应与逆压电效应的耦合（即在光照下由于铁电材料的光伏效应而产生光生电压，然后在该电压提供的电场作用下，由于铁电材料的逆压电效应而产生形变）。

光致伸缩驱动器通过组成调控、尺寸调控、测试条件优化等可以在一定程度上提高铁电材料的光致形变，但为了进一步提高光驱动器的性能以满足飞行器等的要求，大幅增强铁电材料的光致伸缩效应（增大光生电压和压电系数）仍是一个重要而且急待解决的问题。

光生电压和压电系数对材料尺度的要求是矛盾的，这是造成铁电材料光致伸缩效果不显著的重要原因。

发明内容

为了提高光驱动器的光致伸缩性能，本发明提供了一种光致伸缩膜以及其制成的光驱动器。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种光致伸缩复合膜，包括六层，依次为：

一衬底层；

一底电极层，设置在衬底层上；

一压电材料层，设置在底电极层上；

一中间电极层，设置在压电材料层上；

一光伏材料层，设置在中间电极层上；

一顶电极层，设置在光伏材料层上，用于将光线透射到光伏材料上。

进一步，所述衬底层采用SrTiO3。

进一步，所述底电极层和中间电极层采用SrRuO3制成。

进一步，所述压电材料层选用锆钛酸铅（Pb（ZrxTi1-x）O3）中的一种制成，x取值范围……优选Pb（Zr0.52Ti0.48）O3。

进一步，所述光伏材料层采用PLZT铁电材料中的一种制成，优选Pb0.97La0.03Zr0.52Ti0.48O3。

进一步，所述顶电极层采用铟锡氧化物（ITO）制成。

一种光致伸缩复合膜的光驱动器，包括衬底层，其上设置有底电极；所述底电极截面设置为L形，底电极的L型腔内平行于其底面依次设置有压电材料层、中间电极层、光伏材料层和顶电极层，且底电极的竖直面分别与压电材料层、光伏材料层和顶电极层的一侧面连接；底电极层的竖直面不与所述中间电极层的任一侧面连接。

进一步，所述衬底层采用SrTiO3。

进一步，所述底电极层和中间电极层采用SrRuO3制成。

进一步，所述压电材料层选用锆钛酸铅（Pb（ZrxTi1-x）O3）中的一种制成，x取值范围……优选Pb（Zr0.52Ti0.48）O3。

进一步，所述光伏材料层采用PLZT铁电材料中的一种制成，优选Pb0.97La0.03Zr0.52Ti0.48O3。

进一步，所述顶电极层采用铟锡氧化物（ITO）制成。

本发明的有益效果：

本发明的光致伸缩复合膜，光致形变大则需电场大,压电系数大。

而电场等于光生电压与厚度之比，因此需材料在光照下能产生高的光生电压，对于光伏层来说，增大膜厚可获得高的光生电压，对于压电层来说，减小压电层膜厚，则可获得大的电场强度和压电系数，从而获得大的形变。

因此，将光伏层与压电层进行复合，能够提高压电层的光致伸缩效应，即光致形变；本发明的光致伸缩复合膜的光驱动器，不仅能有较高的光致力伸缩效应；同时底电极的截面设计为L形将压电材料层、光伏材料层和顶电极层连接，实现底电极和顶电极的无导线导通，有利于减小光驱动器的尺寸，也使光驱动器更加美观；同时压电材料和光伏材料为薄膜形式制作成光驱动器，也有利于减小光驱动器的尺寸。

附图说明

图1是本发明的光致伸缩膜；

图2是本发明的光驱动器的剖视图。

附图标记

1、1’-衬底层；2-下电极层；2’-下电极；3、3’-中间电极层；

4、4’-压电材料层；5、5’-中间电极层；6、6’-顶电极层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。

如图1所示，一种光致伸缩复合膜，包括六层，依次为：

一衬底层1；

一底电极层2，设置在衬底层1上；

一压电材料层3，设置在底电极层2上；

一中间电极层4，设置在压电材料层3上；

一光伏材料层5，设置在中间电极层4上；

一顶电极层6，设置在光伏材料层5上，用于将光线透射到光伏材料层。

所述衬底层1采用SrTiO3。

所述底电极层2和中间电极层4采用SrRuO3制成。

所述压电材料层3选用锆钛酸铅（Pb（ZrxTi1-x）O3）中的一种制成，x取值范围……优选Pb（Zr0.52Ti0.48）O3。

所述光伏材料层5采用PLZT（全化学式）铁电材料中的一种制成，优选Pb0.97La0.03Zr0.52Ti0.48O3。

所述顶电极层6采用铟锡氧化物（ITO）制成。

如图2所示，一种光致伸缩复合膜的光驱动器，包括衬底层1’，其上设置有底电极2’；所述底电极2’截面设置为L形，底电极的L型腔内平行于其底面依次设置有压电材料层3’、中间电极层4’、光伏材料层5’和顶电极层6’，且底电极2’的竖直面分别与压电材料层3’、光伏材料层5’和顶电极层6’的一侧面连接；实现底电极2’和顶电极层6’的无导线导通，有利于减小光驱动器的尺寸，同时光驱动器也更加美观。

底电极层2’的竖直面不与所述中间电极层的任一侧面连接4’。

所述衬底层1’采用SrTiO3。

所述上电极层6’、光伏材料层5’、中间电极层4’、压电极层3’和下电极层2’

所述底电极层和中间电极层采用SrRuO3制成是否有其他材料替换。

所述压电材料层选用锆钛酸铅（Pb（ZrxTi1-x）O3）中的一种制成，x取值范围……优选Pb（Zr0.52Ti0.48）O3。

所述光伏材料层采用PLZT（全化学式）铁电材料中的一种制成，优选Pb0.97La0.03Zr0.52Ti0.48O3。

所述顶电极层采用铟锡氧化物（ITO）制成。

说明书附图

图1

图2