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壓電(Piezo)

 

何謂壓電?

壓電表示壓電元件(Piezoelectric Element、Piezoelectric Device),壓電元件是指透過施加力(壓力)產生電壓(壓電效應),或與之相反,透過施加電壓產生變形(逆壓電效應)的元件。

壓電的效果

壓電元件使用具有壓電效應的壓電材料。施力時,(+)正離子、(-)負離子的位置會移動,產生(+)和(-)電荷的偏移(電極化),從而產生電壓。

電極化的原理 透過電極化產生電壓

利用壓電效應的主要用途是感測器,利用逆壓電效應的主要用途是致動器。

壓電材料的種類

壓電材料大致分為單晶、陶瓷、薄膜等。

壓電的材料

羅姆採用的是使用鋯鈦酸鉛(PZT)的薄膜壓電。
PTZ取自元素符號(PbZrxTi1-xO3)(0<x<1)的首字母,壓電性能非常強,稱得上是壓電元件的主角。

薄膜壓電和塊體壓電

大致將厚度約為幾μm的叫作薄膜壓電(壓電薄膜),幾十μm以上的稱為塊體壓電(厚膜壓電)。
利用薄膜壓電可以實現元件的小型化、集約化、高精度化、低功耗化。

薄膜PZT的成膜方法

生成薄膜PZT的方法有溶膠凝膠法、濺射法、MOCVD法等。下表匯總了其各自的特點。

溶膠凝膠法 濺射法 MOCVD法
將溶膠狀態的液體塗在電路板上,透過加熱、燒成使其成膜。為了獲得所需的膜厚,基本上需要將上述步驟重複多次。 用高能Ar離子撞擊目標,使撞擊產生的目標物質附著在電路板上成膜。 向反應室內灌入化合物氣體,利用溫度和等離子體促進氣體化學反應,成膜溫度較低。
壓電性能 非常好 非常好 不確定
輸送量 一般
可靠性 非常好 一般
均一性 非常好
極化穩定性 一般 一般
費用 一般 一般 一般
應用 Actuator
(1~3μm)
Actuator or Sensor
(1~5μm)
FeRAM
(<100nm)

羅姆的薄膜壓電MEMS代工為實現融合自有薄膜壓電和LSI微細加工技術的小型、節能、高性能產品,提供從試製、開發到量產的全程支援。

> 薄膜壓電MEMS代工(服務介紹)

下頁是 關於壓電相關用語 的總結。

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