[发明专利]一种蓝宝石基可控剥离柔性PZT薄膜的制备方法

说明书

本申请公开了一种蓝宝石基可控剥离柔性PZT薄膜制备方法，包括：基片的准备；配制PZT前驱体溶液；PZT薄膜的制备：将前驱体胶体旋涂在基片上，并对薄膜进行热处理和退火处理，重复上述步骤，最终可制备出PZT薄膜；电镀液的配制：将六水合氯化镍和硼酸依次溶解在去离子水中并不断加热搅拌直到充分溶解；Ni应力层的沉积：电镀前预先在PZT薄膜上溅射的金属种子层，然后在金属种子层表面电镀Ni应力层；裂缝的产生：随着电镀时间的增加，PZT薄膜沿着裂缝方向与基片逐渐分离直至完全分开；PZT薄膜的转移：清洗后将其与柔性PET基底粘在一起；柔性PZT薄膜制备完成。本申请通过可控剥离技术制备的柔性PZT薄膜依然保持良好的铁电性能，而且具有良好的机械性能。

技术领域

本申请属于微机电系统(MEMS)技术领域，具体涉及一种蓝宝石基可控剥离柔性PZT薄膜的制备方法。

背景技术

近年来可穿戴柔性压电器件由于优异的电学性能和简单、成本低廉的制作工艺，在生物医疗和能量采集等方面有着越来越广泛的应用前景。例如，柔性自供电压电传感器可以实时检测人体的心脏跳动和血压进而监测人体的健康状况，具有体积小、质量轻的优点；柔性纳米压电发电机通过压电层的压电效应将人体和周围环境的机械能转化为电能，给一些小型便携式电子产品供电。其中，锆钛酸铅(PZT)相比于其他一般的压电材料，例如氧化锌和钛酸钡，具有较高的压电系数、良好的温度稳定性和较低的制备成本，广泛应用于柔性压电器件。目前，PZT薄膜一般制备在刚性基底上，而且需要在高温下(600～800℃)进行退火处理，一般的柔性基底无法承受如此高温度。尽管通过机械减薄的方法可以制备出基于PZT薄膜的柔性压电器件，但是基底会极大程度地限制PZT薄膜本身的电学性能。因此，制备柔性PZT薄膜在可穿戴柔性压电器件的进一步发展和优化有着重要意义和应用价值。

实现PZT薄膜柔性化的方法有很多，一种是通过激光照射的方法将PZT薄膜与蓝宝石基底实现有效分离。另一种是通过紫外光刻和湿法腐蚀的方法将PZT薄膜与硅衬底完全分离，并将其成功转移到柔性PET基底。但是激光剥离的缺点是操作复杂，激光照射过程中产生很高的温度，以至于激光在照射过程中可能会损坏PZT薄膜。而且这种方法成本较高，得不到广泛应用。另一种化学腐蚀方法的缺点是需要经过多次紫外光刻和湿法腐蚀的工艺，在一定程度上会影响PZT薄膜的压电性，进而会限制PZT薄膜压电性能的发挥。因此，采用一种简单高效并且经济的方法制备出一种柔性PZT薄膜，在柔性可穿戴压电或者铁电器件方面具有十分广阔的应用前景。

申请内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种蓝宝石基可控剥离柔性PZT薄膜的制备方法，其通过可控剥离技术制备的柔性PZT薄膜依然保持良好的铁电性能，而且具有良好的机械性能。

为解决上述技术问题，本申请具有如下构成：

一种蓝宝石基可控剥离柔性PZT薄膜的制备方法，包括如下步骤：基片的准备；PZT前驱体溶液的配制；PZT薄膜的制备：将所述前驱体胶体旋涂在所述基片上，并对薄膜进行热处理和退火处理，重复上述旋涂、热处理以及退火处理步骤，最终可制备出PZT薄膜；电镀液的配制：将六水合氯化镍和硼酸依次溶解在去离子水中并不断加热搅拌，直到六水合氯化镍和硼酸在去离子水中充分溶解；Ni应力层的沉积：电镀前预先在PZT薄膜上溅射的金属种子层，之后设定电流密度，然后开始在金属种子层表面电镀Ni应力层；裂缝的产生：电镀一段时间后，PZT薄膜与基片的接触面边缘产生狭小的裂缝，随着电镀时间的增加，PZT薄膜沿着裂缝方向与基片逐渐分离直至完全分开；PZT薄膜的转移：将剥离下来的结构用去离子水清洗后，将其与柔性PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)基底粘在一起，完成柔性PZT薄膜的转移；柔性PZT薄膜制备完成。

所述基片的准备过程具体为：将基片放入1号清洗液中，至沸腾并保持十分钟，再采用冷热水交替反复清洗；然后，将基片再放入2号清洗液中，至沸腾并保持十分钟，再采用冷热水交替反复清洗。