पीजोइलेक्ट्रिक सामग्रियां कार्यात्मक सामग्रियां हैं जो यांत्रिक ऊर्जा और विद्युत ऊर्जा के बीच रूपांतरण का एहसास कराती हैं(2)

पीजोइलेक्ट्रिक फिल्म तैयार करने की विधि

पीजोइलेक्ट्रिक पतली फिल्मों की तैयारी के तरीके मुख्य रूप से पारंपरिक वैक्यूम कोटिंग विधियां हैं, जिनमें वैक्यूम वाष्पीकरण कोटिंग, स्पटरिंग कोटिंग, रासायनिक वाष्प जमाव कोटिंग 0 ~ 18μm की मोटाई में तैयार की जाती है, नई सोल-जेल विधि, हाइड्रोथर्मल विधि, इलेक्ट्रोफोरेटिक जमाव विधि 10-100μm पीजोइलेक्ट्रिक मोटी फिल्म सामग्री तैयार की जाती है।

मोटी पीजोइलेक्ट्रिक फिल्म आमतौर पर पीजोइलेक्ट्रिक फिल्म को संदर्भित करती है  पीज़ोइलेक्ट्रिक गोलार्ध ट्रांसड्यूसर ।  के साथ 10 से 100 माइक्रोन की मोटाई पतली फिल्म की तुलना में, इसके पीज़ोइलेक्ट्रिक और फेरोइलेक्ट्रिक गुण इंटरफ़ेस और सतह से कम प्रभावित होते हैं; इसकी अपेक्षाकृत बड़ी मोटाई के कारण, इस प्रकार की सामग्री एक बड़ी प्रेरक शक्ति भी उत्पन्न कर सकती है, और इसमें व्यापक ऑपरेटिंग आवृत्ति होती है; थोक सामग्री की तुलना में, इसका ऑपरेटिंग वोल्टेज कम है, उपयोग की आवृत्ति अधिक है, और यह अर्धचालक प्रक्रियाओं के साथ संगत है।

1. वैक्यूम वाष्पीकरण कोटिंग

वैक्यूम वाष्पीकरण कोटिंग किसी पदार्थ को गर्म करके वाष्पित करना और उसे ठोस सतह पर जमा करना है, जिसे वाष्पीकरण कोटिंग कहा जाता है। यह विधि पहली बार 1857 में एम. फैराडे द्वारा प्रस्तावित की गई थी, और आधुनिकीकरण आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली कोटिंग तकनीकों में से एक बन गई है।

वैक्यूम वाष्पीकरण कोटिंग में निम्नलिखित तीन बुनियादी प्रक्रियाएं शामिल हैं:

(1) संघनित चरण से गैस चरण (ठोस चरण या तरल चरण → गैस चरण) तक किनारा प्रक्रिया सहित हीटिंग और वाष्पीकरण प्रक्रिया। प्रत्येक वाष्पित होने वाले पदार्थ का अलग-अलग तापमान पर अलग-अलग संतृप्त वाष्प दबाव होता है। किसी यौगिक को वाष्पित करते समय, उसके घटक प्रतिक्रिया करते हैं, और उनमें से कुछ गैसीय अवस्था या वाष्प में वाष्पीकरण स्थान में प्रवेश करते हैं।

(2) वाष्पीकृत परमाणुओं या अणुओं का वाष्पीकरण स्रोत और सब्सट्रेट के बीच परिवहन, और परिवेशी वातावरण में इन उदाहरणों की उड़ान प्रक्रिया। उड़ान के दौरान निर्वात कक्ष में अवशिष्ट गैस अणुओं के साथ टकराव की संख्या वाष्पीकृत परमाणुओं के औसत मुक्त पथ और वाष्पीकरण स्रोत से सब्सट्रेट तक की दूरी पर निर्भर करती है, जिसे अक्सर स्रोत-आधार दूरी कहा जाता है।

(3) सब्सट्रेट की सतह पर वाष्पीकृत परमाणुओं या अणुओं की अवक्षेपण प्रक्रिया, और वाष्प संघनन, न्यूक्लियेशन, परमाणु विकास और एक सतत फिल्म का निर्माण। चूंकि सब्सट्रेट का तापमान वाष्पीकरण स्रोत के तापमान से बहुत कम है, सब्सट्रेट सतह पर जमा अणुओं की चरण संक्रमण प्रक्रिया पीजो सिरेमिक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर सीधे गैस चरण से ठोस चरण तक होगा...

जब कोई पदार्थ वाष्पित हो जाता है, तो संतृप्त वाष्प दबाव, वाष्पीकरण दर और वाष्पीकृत अणुओं के औसत मुक्त पथ को जानना महत्वपूर्ण है। वाष्पीकरण स्रोत तीन प्रकार के होते हैं।

①प्रतिरोध ताप स्रोत: टंगस्टन और टैंटलम जैसी दुर्दम्य धातुओं से बना, बोट फ़ॉइल या फिलामेंट से बना, इसके ऊपर वाष्पीकरण सामग्री को गर्म करने के लिए करंट प्रवाहित करना या क्रूसिबल में रखा जाना (प्रतिरोध ताप स्रोत का उपयोग मुख्य रूप से सीडी, पीबी, एजी, अल, सीयू, सीआर, एयू, नी और अन्य सामग्रियों को वाष्पित करने के लिए किया जाता है।

② उच्च आवृत्ति प्रेरण हीटिंग स्रोत: उच्च आवृत्ति प्रेरण धारा के साथ क्रूसिबल और वाष्पीकरण सामग्री को गर्म करना।

③ इलेक्ट्रॉन बीम हीटिंग स्रोत: उच्च वाष्पीकरण तापमान (2000 से कम नहीं) वाली सामग्रियों के लिए उपयुक्त, यानी, इसे वाष्पित करने के लिए इलेक्ट्रॉन बीम के साथ सामग्री पर बमबारी करें।

उच्च शुद्धता वाली एकल क्रिस्टल फिल्म को जमा करने के लिए, आणविक बीम एपिटैक्सी का उपयोग किया जा सकता है। जेट भट्टी आणविक बीम स्रोत से सुसज्जित है। जब इसे अल्ट्रा-हाई वैक्यूम के तहत एक निश्चित तापमान तक गर्म किया जाता है, तो  पीजो डिस्क ट्रांसड्यूसर तत्वों को आणविक प्रवाह की किरण के रूप में सब्सट्रेट की ओर निर्देशित किया जाता है।  भट्टी में सब्सट्रेट को एक निश्चित तापमान तक गर्म किया जाता है, सब्सट्रेट पर जमा अणु स्थानांतरित हो सकते हैं, और क्रिस्टल सब्सट्रेट जाली के क्रम में विकसित होते हैं। आणविक बीम एपिटैक्सी विधि आवश्यक स्टोइकोमेट्रिक अनुपात के साथ उच्च शुद्धता वाले यौगिक की एकल क्रिस्टल फिल्म प्राप्त कर सकती है, और फिल्म सबसे धीमी गति से बढ़ती है। गति को 1 सिंगल लेयर/सेकेंड पर नियंत्रित किया जा सकता है। बैफल को नियंत्रित करके, वांछित संरचना और संरचना वाली एकल पीजो क्रिस्टल पतली फिल्में सटीक रूप से बनाई जा सकती हैं। विभिन्न ऑप्टिकल एकीकृत उपकरणों और विभिन्न सुपरलैटिस संरचना फिल्मों के निर्माण के लिए आणविक बीम एपिटैक्सी का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है

2. वैक्यूम स्पटरिंग कोटिंग

कुछ सौ इलेक्ट्रॉन वोल्ट से अधिक की गतिज ऊर्जा वाला एक उदाहरण या एक आयन किरण ठोस सतह पर बमबारी करती है, जिससे ठोस सतह के करीब के परमाणु आपतित कणों की ऊर्जा का एक हिस्सा प्राप्त करते हैं और ठोस को निर्वात में प्रवेश करने के लिए छोड़ देते हैं। इस घटना को स्पटरिंग कहा जाता है। स्पटरिंग घटना में एक जटिल बिखरने की प्रक्रिया शामिल होती है और यह विभिन्न ऊर्जा हस्तांतरण तंत्रों के साथ होती है।

आम तौर पर यह माना जाता है कि यह प्रक्रिया मुख्य रूप से तथाकथित टकराव कैस्केड प्रक्रिया है, यानी, घटना आयन लक्ष्य परमाणुओं के साथ प्रत्यास्थ रूप से टकराते हैं, ताकि लक्ष्य परमाणु आसपास के परमाणुओं द्वारा गठित संभावित बाधा को दूर करने और मूल स्थिति छोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त कर सकें, और आगे और पास के परमाणु टकरा सकें। जब यह टकराव झरना लक्ष्य परमाणु की सतह तक पहुंचता है ताकि परमाणु सतह बंधन ऊर्जा से अधिक ऊर्जा प्राप्त कर सकें, तो ये परमाणु लक्ष्य परमाणु की सतह को छोड़ देंगे और निर्वात में प्रवेश करेंगे। अब स्पटर कोटिंग पर अधिक शोध मैग्नेट्रोन स्पटरिंग कोटिंग है। मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग कम दबाव के तहत उच्च गति स्पटरिंग करना है, और गैस की आयनीकरण दर को प्रभावी ढंग से बढ़ाने के लिए यह आवश्यक है। लक्ष्य कैथोड सतह पर एक चुंबकीय क्षेत्र शुरू करके, स्पटरिंग दर को बढ़ाने के लिए प्लाज्मा घनत्व को बढ़ाने के लिए आवेशित कणों को नियंत्रित करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रॉनों को पकड़ने, इलेक्ट्रॉनों की गति पथ को बढ़ाने और नियंत्रित करने, आयनीकरण दर बढ़ाने और कोटिंग दर बढ़ाने के लिए बाहरी चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करें।

4. नई समाधान जेल विधि

नई सोल-जेल विधि में तैयार पाउडर (सोल के समान संरचना) को सोल में मिलाया जाता है, और फिर घोल में एक निश्चित कार्बनिक विलायक को फैलाने वाले पदार्थ के रूप में मिलाया जाता है, और घोल की चिपचिपाहट और पीएच को समायोजित करने के लिए अन्य कार्बनिक विलायक मिलाया जाता है। निरंतर अल्ट्रासोनिक कंपन समाधान में नैनो-पाउडर को फैलाता है, और अंत में एक समान पाउडर समाधान प्राप्त करता है, और सोल-जेल विधि द्वारा सब्सट्रेट पर आवश्यक फिल्म जमा करता है। इस जमाव प्रक्रिया में, पाउडर के कण बीज क्रिस्टल के रूप में कार्य करते हैं।

इस प्रकार, दसियों माइक्रोन की मोटाई वाली एक मोटी फिल्म का उत्पादन किया जा सकता है। यह पारंपरिक सोल-जेल विधि द्वारा तैयार की गई मोटी फिल्म के कारण होने वाली दरार या फिल्म के झड़ने की समस्या से बचाता है। तैयार मोटी फिल्म घटक समान रूप से मिश्रित होते हैं और उच्च शुद्धता वाले होते हैं, और जिन्हें उच्च तापमान वाले सिंटरिंग की आवश्यकता नहीं होती है। परिणामी मोटी फिल्म अर्धचालक तैयारी प्रक्रिया के अनुकूल है। और उपकरण सरल है, लागत कम है, और झिल्ली संरचना को नियंत्रित किया जा सकता है, इसलिए इस विधि का वर्तमान में अधिक बार उपयोग किया जाता है।

5. हाइड्रोथर्मल विधि

हाइड्रोथर्मल विधि एक विशेष रूप से निर्मित बंद प्रतिक्रिया पोत (आटोक्लेव) में प्रतिक्रिया माध्यम के रूप में जलीय घोल के उपयोग को संदर्भित करती है। प्रतिक्रिया पात्र को गर्म करके, एक उच्च तापमान, उच्च दबाव प्रतिक्रिया वातावरण बनाया जाता है, जिससे सामान्य रूप से अघुलनशील या अघुलनशील पदार्थ घुल जाते हैं और पुन: क्रिस्टलीकृत हो जाते हैं। इस विधि द्वारा तैयार की गई मोटी फिल्म में मोटी फिल्म घटक में कुछ यौगिकों को स्टोइकोमेट्रिक रूप से मिलाकर एक निश्चित क्षारीय माध्यम में संतृप्त घोल में तैयार किया जाता है और पीएच मान को समायोजित किया जाता है। उसके बाद, समाधान को एक आटोक्लेव में स्थानांतरित किया जाता है, और एक निश्चित प्रतिक्रिया समय के बाद सब्सट्रेट पर एक निश्चित मोटाई विकसित की जा सकती है।

मोटी फिल्मों की हाइड्रोथर्मल तैयारी के कई फायदे हैं:

① प्रक्रिया एक समय में तरल चरण में पूरी हो जाती है, और क्रिस्टलीकरण के बाद गर्मी उपचार की आवश्यकता नहीं होती है, इस प्रकार दरार, अनाज का मोटा होना, सब्सट्रेट या वातावरण के साथ प्रतिक्रिया जैसे दोषों से बचा जा सकता है जो गर्मी उपचार प्रक्रिया के दौरान हो सकते हैं;

②अकार्बनिक सामग्रियों का उपयोग अग्रदूत के रूप में किया जाता है, और पानी का उपयोग प्रतिक्रिया माध्यम के रूप में किया जाता है। कच्चा माल आसानी से उपलब्ध होता है, जिससे फिल्म तैयार करने की लागत कम हो जाती है और पर्यावरण प्रदूषण भी कम होता है;

③ उपकरण सरल है, और हाइड्रोथर्मल उपचार का तापमान कम है, जो हाइड्रोथर्मल उपचार से पहले और बाद में फिल्म और सब्सट्रेट घटकों के अंतर-प्रसार से बचाता है। परिणामी फिल्म में उच्च शुद्धता और अच्छी एकरूपता है। इसके अलावा, जब इस विधि का उपयोग मोटी फिल्में तैयार करने के लिए किया जाता है, तो मोटी फिल्मों को विभिन्न जटिल आकृतियों की सब्सट्रेट सतहों पर जमा किया जा सकता है। परिणामी मोटी फिल्मों में सहज ध्रुवीकरण, कम हिस्टैरिसीस और सब्सट्रेट्स के साथ अच्छी बॉन्डिंग के कुछ फायदे हैं। . वर्तमान समय में इस पद्धति ने अधिक से अधिक ध्यान आकर्षित किया है।

6. इलेक्ट्रोफोरेटिक जमाव विधि

इलेक्ट्रोफोरेटिक डिपोजिशन (ईपीडी) से तात्पर्य अलग-अलग सांद्रता के साथ सस्पेंशन बनाने के लिए सस्पेंशन में मोटी फिल्म के समान संरचना के साथ तैयार महीन पाउडर को फैलाने और एसिड-बेस समाधान के साथ सस्पेंशन के पीएच मान को समायोजित करने से है। स्थिर निलंबन अल्ट्रासोनिक फैलाव और चुंबकीय सरगर्मी के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, और निरंतर दबाव में, चार्ज किए गए कण विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत दिशा में चलते हैं, जिससे एक निश्चित मोटाई के साथ एक मोटी फिल्म प्राप्त होती है। इस विधि द्वारा तैयार की गई मोटी फिल्म में सरल उपकरण, तेजी से फिल्म निर्माण, चढ़ाए गए भागों के असीमित आकार, समान और नियंत्रणीय फिल्म मोटाई आदि के फायदे हैं। परिणामस्वरूप मोटी फिल्म दसियों माइक्रोन तक पहुंच सकती है, और संरचना एक समान और घनी होती है।