薄膜壓(ya)電(dian)材料(liao)壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)測試方(fang)法(fa)及測試原(yuan)理

測試(shi)原(yuan)理

壓電(dian)系(xi)數(shu)測試方(fang)法(fa)的基(ji)本原(yuan)理是利用壓電(dian)材料(liao)的壓電(dian)效應(ying)。當壓電(dian)材料(liao)受(shou)外(wai)力而(er)變形(xing)時，材(cai)料(liao)內(nei)部(bu)產(chan)生(sheng)極(ji)化(hua)，在(zai) 兩個相(xiang)對(dui)表(biao)面(mian)上(shang)產(chan)生(sheng)符(fu)號(hao)相反(fan)的電(dian)荷，外(wai)力撤(che)去(qu)後電(dian)荷消(xiao)失。或(huo)者在壓(ya)電(dian)材料(liao)的極化(hua)方(fang)向施(shi)加電(dian)場，材(cai)料(liao)會(hui)產(chan)生(sheng)變 形(xing)，電(dian)場撤(che)去(qu)後恢復(fu)到(dao)初始(shi)狀態(tai)。在(zai)衡量(liang)壓(ya)電(dian)特性的諸多(duo) 參數(shu)中(zhong)，縱向(xiang)壓電(dian)系(xi)數(shu) d33和(he)橫向壓電(dian)系(xi)數(shu) d31較(jiao)為重(zhong)要。由(you)於(yu)薄膜—基(ji)底結構存在基(ji)底加緊效應(ying)，故測得(de)的壓電(dian)系(xi)數(shu)均為(wei)有(you)效值(zhi)。

薄膜壓(ya)電(dian)材料(liao)壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)測試方(fang)法(fa)

直(zhi)接(jie)測試(shi)方(fang)法(fa)

垂直(zhi)壓力加載(zai)

垂直(zhi)壓力加載(zai)方(fang)法(fa)可(ke)分為(wei)靜(jing)態和(he)準靜(jing)態加載(zai)兩(liang)種方(fang) 式(shi)。二(er)者都是基(ji)於(yu)正壓電(dian)效應(ying)，對薄膜—基(ji)底試樣進行垂(chui)直(zhi)加載(zai)，試(shi)樣(yang)產(chan)生(sheng)壓(ya)縮(suo)變形(xing)並有(you)電(dian)荷生(sheng)成(cheng)，用於(yu)測得材(cai)料的縱 向壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu) d33。Lefki K 等人(ren)通(tong)過金屬將(jiang)力F施(shi)加於(yu)鋯(gao)鈦酸(suan)鉛壓(ya)電(dian)陶瓷(ci)( PZT) 薄膜上(shang)，PZT薄膜由(you)於(yu)壓電(dian)效應(ying)產(chan)生(sheng)電(dian)荷Q。通(tong)過與(yu)試樣(yang)並聯(lian)電(dian)容(rong)器Cm可(ke)將(jiang)生(sheng)成(cheng)電(dian)荷轉(zhuan)換成(cheng)電(dian)壓Vm輸(shu)出(chu)，並(bing)由(you)電(dian)壓表(biao)測(ce)量(liang)。

Cain M G 等人(ren)闡(chan)述(shu)了(le)準靜(jing)態垂(chui)直(zhi)加載(zai)法(fa)的原(yuan)理及方(fang) 案。首先對(dui)待測樣(yang)品施(shi)加預(yu)緊力防止振動; 通(tong)過對(dui)參考試(shi) 樣施(shi)加交流(liu)力並(bing)通(tong)過接(jie)觸探針傳至(zhi)待測試(shi)樣(yang)，選(xuan)用電(dian)荷放 大器測試產(chan)生(sheng)的電(dian)荷，對(dui)比(bi)參(can)考試(shi)樣和(he)待測試(shi)樣(yang)產(chan)生(sheng)的電(dian)荷量(liang)，可(ke)得出(chu)待測樣(yang)品的壓電(dian)系(xi)數(shu)。

垂直(zhi)壓力加載(zai)測(ce)壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)的優(you)勢在於(yu)簡單直(zhi)接(jie)，但由(you)於(yu)力通(tong)過金屬施(shi)加於(yu)壓電(dian)薄膜，樣(yang)品表(biao)面(mian)受(shou)力不(bu)均(jun)，應力分(fen)布(bu)不(bu)均勻; 樣品的壓縮(suo)區域(yu)與(yu)未被(bei)加載(zai)的區域(yu)存在(zai)著 加緊效應(ying)，會(hui)有(you)橫向效應(ying)參與其(qi)中(zhong)，影響縱向(xiang)壓電(dian)系(xi)數(shu)的測試結(jie)果。

氣動(dong)壓力加載(zai)

為了(le)解(jie)決(jue)垂(chui)直(zhi)壓力加載(zai)試(shi)樣(yang)表(biao)面(mian)受(shou)力不(bu)均(jun)和(he)基(ji)底彎曲(qu)的問(wen)題(ti)，Chen W W 等人(ren)采用氣動壓力加載(zai)測(ce)試(shi)聚偏(pian)氟乙烯( PVDF) 薄膜的壓電(dian)系(xi)數(shu)，與 Xu F和(he) Park G T不(bu)同， 該裝置(zhi)只包(bao)含(han)壹(yi)個腔(qiang)體，壓(ya)電(dian)薄膜沒(mei)有(you)用 O 型環固(gu)定(ding)而是直(zhi)接(jie)置(zhi)於(yu)平臺上(shang)，通(tong)過向(xiang)腔內(nei)輸(shu)入高壓(ya)氮氣，壓力的變化(hua)導 致壓電(dian)薄膜產(chan)生(sheng)電(dian)荷。通(tong)過電(dian)荷放大器測量產(chan)生(sheng)的電(dian)荷，並(bing) 通(tong)過壓(ya)力控(kong)制(zhi)器監測腔內(nei)氣(qi)壓的大小(xiao)，根(gen)據(ju)電(dian)荷和(he)壓(ya)力的比(bi) 值(zhi)計(ji)算出(chu)有(you)效的縱向(xiang)壓電(dian)系(xi)數(shu)。該方(fang)法(fa)消(xiao)除(chu)了(le)先前(qian)氣(qi)動加載(zai)研(yan)究中(zhong)因 O 型環摩擦導致的平面(mian)應(ying)力的影響。其平面(mian)應(ying)力只(zhi)由(you)膜向(xiang)外運(yun)動產(chan)生(sheng)且(qie)對(dui)壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)的測量(liang)影響很(hen)小(xiao)。

氣動(dong)壓力加載(zai)可(ke)以使壓(ya)電(dian)薄膜表(biao)面(mian)受(shou)力均(jun)勻(yun)且(qie)不(bu)會(hui)受到(dao)橫向效應(ying)的影響。但加載(zai)方(fang)式(shi)較(jiao)為復(fu)雜，且(qie)測(ce)試(shi)靈敏度較(jiao)低。電(dian)荷只(zhi)能(neng)在氣體加載(zai)與(yu)卸(xie)載(zai)時(shi)產(chan)生(sheng)。

懸臂(bi)梁法(fa)

懸臂(bi)梁法(fa)由(you)於(yu)操(cao)作簡單且(qie)可(ke)靠性高，是分析(xi)壓(ya)電(dian)薄膜壓(ya)電(dian)常用的方(fang)法(fa)。通(tong)常(chang)壓(ya)電(dian)薄膜沈(chen)積在懸(xuan)臂(bi)梁基(ji)底上，懸(xuan)臂(bi)梁壹(yi)端固(gu)定(ding)，當懸臂(bi)梁在(zai)載(zai)荷(he)的作用下彎曲(qu)時(shi)，壓(ya)電(dian)薄膜由(you)於(yu)彎曲(qu)產(chan)生(sheng)應(ying)變，繼(ji)而(er)產(chan)生(sheng)電(dian)荷。 

Tsujiura S Y 等人(ren)通(tong)過對(dui)壓電(dian)懸臂(bi)梁自(zi)由(you)端施(shi)加位 移(yi)使其(qi)在正負電(dian)極之(zhi)間(jian)產(chan)生(sheng)電(dian)壓，將(jiang)位(wei)移(yi)值(zhi)與(yu)電(dian)壓值(zhi)代(dai)入壓電(dian)本構(gou)方(fang)程和(he)懸(xuan)臂(bi)梁彎(wan)曲(qu)方(fang)程中(zhong)可(ke)以得(de)出橫向壓電(dian)系(xi)數(shu)。其中(zhong)電(dian)壓值(zhi)由(you)電(dian)荷放大器測量，位移(yi)的施(shi)加則是將(jiang)懸(xuan)臂(bi)梁置(zhi)於(yu)振動臺上(shang)，通(tong)過振動使自(zi)由(you)端產(chan)生(sheng)位(wei)移(yi)。

懸臂(bi)梁法(fa)測(ce)試(shi)靈敏度較(jiao)高且(qie)數(shu)據可(ke)靠，根(gen)據懸(xuan)臂(bi)梁法(fa)的測試(shi)原(yuan)理，通(tong)過多(duo)靶濺射制(zhi)備(bei)含組(zu)分梯(ti)度的懸臂(bi)梁陣(zhen)列(lie)結(jie)構，可(ke)以在(zai)振動激(ji)勵(li)作用下多(duo)通(tong)道(dao)測(ce)試(shi)產(chan)生(sheng)的電(dian)荷，壹(yi)次實(shi)驗得(de)出(chu)不同組分薄膜的壓電(dian)系(xi)數(shu)，對新(xin)材料(liao)的設(she)計(ji)與(yu)研(yan)發(fa)提供(gong)數(shu)據資(zi)料。 

激光(guang)幹(gan)涉法(fa)

隨著近年(nian)來(lai)壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)測試的研(yan)究發(fa)展(zhan)，基(ji)於(yu)逆壓(ya)電(dian)效應(ying)的測試(shi)方(fang)法(fa)逐(zhu)漸成(cheng)為(wei)了(le)主(zhu)流(liu)方(fang)法(fa)，且(qie)有(you)諸多(duo)研(yan)究人(ren)員(yuan)對壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)測試的影響因素(su)進(jin)行了(le)分(fen)析(xi)與(yu)驗證(zheng)。激(ji)光(guang)幹(gan)涉法(fa)是基(ji)於(yu)逆壓(ya)電(dian)效應(ying)測試壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)的有(you)效方(fang)法(fa)之(zhi)壹(yi)。即通(tong)過 信(xin)號發(fa)生(sheng)器對壓電(dian)薄膜正負電(dian)極施(shi)加交流(liu)電(dian)信(xin)號，通(tong)過激(ji)光(guang)幹(gan)涉方(fang)法(fa)測(ce)得(de)薄膜的振動位(wei)移(yi)，從(cong)而計(ji)算出(chu)壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)。激光(guang)幹(gan)涉法(fa)可(ke)以分(fen)為單激(ji)光(guang)幹(gan)涉和(he)雙(shuang)激光(guang)幹(gan)涉。

單激(ji)光(guang)幹(gan)涉法(fa)主(zhu)要包(bao)括邁克(ke)爾(er)遜和(he)馬(ma)赫·曾(zeng)德(de)爾(er)兩種形(xing)式(shi)，來(lai)測(ce)試(shi)壓(ya)電(dian)薄膜表(biao)面(mian)振動位(wei)移(yi)。Muensit S 等人(ren)利 用邁克爾(er)遜單激(ji)光(guang)幹(gan)涉測(ce)試了(le) PZT 樣(yang)品的壓電(dian)系(xi)數(shu)，通(tong)過觀察幹涉條(tiao)紋的變化(hua)，可(ke)以得(de)出薄膜表(biao)面(mian)的位移(yi)。基(ji)於(yu)逆壓(ya)電(dian)效應(ying)壓電(dian)方(fang)程，可(ke)計(ji)算出(chu)有(you)效的縱向(xiang)壓電(dian)系(xi)數(shu)。

馬(ma)赫·曾(zeng)德(de)爾(er)激光(guang)幹(gan)涉法(fa)相(xiang)比(bi)邁(mai)克爾(er)遜激(ji)光(guang)幹(gan)涉法(fa)有(you)高的位移(yi)分(fen)辨(bian)率(lv)。Lueng C M采用方(fang)法(fa)測(ce)試(shi)了(le) GaN 薄膜的縱向(xiang)壓電(dian)系(xi)數(shu)。兩種單激(ji)光(guang)幹(gan)涉法(fa)都有(you)分(fen)辨(bian)率(lv)高的優(you) 勢，但當(dang)壓電(dian)薄膜在(zai)逆壓(ya)電(dian)效應(ying)下產(chan)生(sheng)變形(xing)時，基(ji)底也會(hui)產(chan) 生彎(wan)曲(qu)效應(ying)，且(qie)基(ji)底彎曲(qu)的位移(yi)遠(yuan)大(da)於(yu)薄膜的位移(yi)，影響終的計(ji)算結(jie)果(guo)。

為了(le)解(jie)決(jue)上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)，Sivaramakrishnan S 等(deng)人(ren)利用雙激光(guang)幹(gan)涉法(fa)測(ce)試(shi)了(le) PZT 薄膜的縱向(xiang)壓電(dian)系(xi)數(shu)，兩束(shu)光(guang)分(fen)別 從(cong)試樣(yang)頂(ding)端(duan)和(he)底(di)端入射，觀(guan)察試樣(yang)變形(xing)後幹涉條(tiao)紋的變化(hua)來(lai)得(de)出(chu)壓(ya)電(dian)薄膜的變形(xing)量。 

雙激(ji)光(guang)幹(gan)涉盡管解(jie)決了(le)基(ji)底彎曲(qu)的影響，但測(ce)量要求(qiu)比(bi)較(jiao)嚴格(ge)，實(shi)驗過程(cheng)中(zhong)上下(xia)表(biao)面(mian)入射光(guang)束(shu)須(xu)嚴(yan)格(ge)對齊(qi); 為了(le)滿足(zu)測試(shi)精度的要求(qiu)，試(shi)樣表(biao)面(mian)需(xu)要打(da)磨(mo)光(guang)滑(hua); 且(qie)空(kong)間分(fen)辨 率(lv)較(jiao)低，只(zhi)能(neng)測壹(yi)點的位移(yi)情(qing)況。

Leighton G J T 等人(ren)將(jiang)壓(ya)電(dian)樣品固(gu)定(ding)於(yu)支(zhi)座上(shang)，消(xiao)除(chu) 基(ji)底彎曲(qu)產(chan)生(sheng)的影響，利用單光(guang)束(shu)激(ji)光(guang)掃(sao)描振動計(ji)來(lai)掃(sao)描得出(chu)壓電(dian)薄膜的整(zheng)個表(biao)面(mian)應(ying)變分布(bu)情(qing)況。Chun D M 等人(ren)則是結合(he)懸(xuan)臂(bi)梁結(jie)構，利用激光(guang)多(duo)普(pu)勒振動計(ji)測(ce)試了(le)PZT 薄膜的橫向壓電(dian)系(xi)數(shu)，將(jiang)懸(xuan)臂(bi)梁壹(yi)端固(gu)定(ding)，通(tong)過在(zai)上下(xia) 電(dian)極之(zhi)間(jian)施(shi)加正弦(xian)電(dian)壓使懸(xuan)臂(bi)梁產(chan)生(sheng)壓(ya)電(dian)振動，並(bing)且(qie)使用激光(guang)多(duo)普(pu)勒振動計(ji)測(ce)量位移(yi)。

對於(yu)壓電(dian)系(xi)數(shu)測試中(zhong)影響因素(su)的分析(xi)，Stewart M 等人(ren)采用了(le)有(you)限(xian)元模擬(ni)仿(fang)真(zhen)的方(fang)法(fa)研(yan)究了(le)單激(ji)光(guang)幹(gan)涉和(he)雙激(ji)光(guang)幹(gan)涉測(ce)試中(zhong)電(dian)極尺(chi)寸(cun)的影響。在直(zhi)徑為 10 mm 的試樣上(shang)，對不(bu)同尺(chi)寸(cun)的電(dian)極施(shi)加 1 V 的交流(liu)電(dian)壓，得(de)出(chu)有(you)效的縱向(xiang)壓電(dian)系(xi)數(shu)與電(dian)極尺(chi)寸(cun)的關(guan)系(xi)。對於(yu)壓電(dian)薄膜夾(jia)緊(jin) 的情(qing)況，隨著電(dian)極尺(chi)寸(cun)的減小(xiao)，上(shang)表(biao)面(mian)位(wei)移(yi)逐(zhu)漸減小(xiao)。與(yu) Wang Z的研(yan)究壹(yi)致，對於(yu)夾緊的試樣(yang)，只有(you)當(dang)電(dian)極尺(chi)寸(cun)大(da)於(yu) 2 mm 時，才(cai)能(neng)測得比(bi)較(jiao)精q的壓電(dian)系(xi)數(shu)值(zhi)。

Dufay T 等人(ren)則(ze)利用懸臂(bi)梁結(jie)構測(ce)試了(le) PZT 薄膜的橫向壓電(dian)系(xi)數(shu)，並分析(xi)了(le)成(cheng)分(fen)組(zu)成(cheng)以(yi)及薄膜厚(hou)度對(dui)測試(shi)結果(guo)的影響。當 PZT 薄膜中(zhong)的 Zr 元素(su)占(zhan)比(bi)從(cong) 40 % 增長(chang)至 60 % ，橫向壓電(dian)系(xi)數(shu)的 值(zhi)先增(zeng)大(da)後減小(xiao)，當(dang) Zr 占(zhan) 比(bi) 為(wei) 52 % ～ 54 % 時，壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)達(da)到(dao)大值(zhi)，這與壓電(dian)陶瓷(ci)的規(gui) 律是壹(yi)致的。對於(yu) Zr/Ti = 57 /43 的 PZT 薄膜，當(dang)薄膜厚(hou)度 從(cong)1． 8 μm增加到(dao)4． 2 μm時，壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)先減(jian)小(xiao)後增加，當厚(hou)度 小(xiao)於(yu)2． 4 μm時，壓電(dian)系(xi)數(shu)基(ji)本維(wei)持(chi)在(zai)12 pC/N 左右，在2． 4～ 3 μm之(zhi)間突然(ran)增加 1 倍(bei)。

顯微(wei)鏡(jing)法(fa)

壓電(dian)力顯微(wei)鏡(jing)( PFM) 是壹(yi)種基(ji)於(yu)掃描力顯微(wei)鏡(jing)測(ce)試(shi)壓電(dian)系(xi)數(shu)的裝置(zhi)，並在(zai)近年(nian)來(lai)被(bei)廣泛(fan)應用於(yu)壓電(dian)系(xi)數(shu)測試中(zhong)。原(yuan)理是在顯微(wei)鏡(jing)導電(dian)端部(bu)與(yu)底(di)部(bu)電(dian)極之(zhi)間(jian)施(shi)加交流(liu)信(xin)號，測(ce)試(shi)局(ju)部(bu)振動位(wei)移(yi)，基(ji)於(yu)逆壓(ya)電(dian)效應(ying)推導出壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)。 Soergel E 等人(ren)闡(chan)述(shu)了(le)壓(ya)電(dian)力顯微(wei)鏡(jing)的工作原(yuan)理。利用信(xin)號發(fa)生(sheng)器將(jiang)交(jiao)流(liu)信(xin)號施(shi)加於(yu)，交變信(xin)號導致薄膜產(chan)生(sheng)周(zhou)期(qi)性的振動並(bing)傳遞(di)至(zhi)。通(tong)過位(wei)置(zhi)探測(ce)器和(he)鎖(suo)相(xiang)放大器可(ke)讀出(chu)振動位(wei)移(yi)的數(shu)值(zhi)。縱(zong)向(xiang)壓電(dian)系(xi)數(shu)可(ke)通(tong)過測(ce)得的位移(yi)與(yu)施(shi)加的電(dian)壓幅(fu)值(zhi)計(ji)算得(de)出(chu)。利用顯微(wei)鏡(jing)測(ce)振動位(wei)移(yi)與(yu)激(ji)光(guang)幹(gan)涉法(fa)相(xiang)比(bi)空(kong)間分(fen)辨率(lv)大大(da)提高，且(qie)可(ke)通(tong)過掃(sao)描模式(shi)來(lai)測(ce)得(de)表(biao)面(mian)位(wei)移(yi)分(fen)布(bu)情(qing)況。

采用壓電(dian)力顯微(wei)鏡(jing)測(ce)試(shi)壓電(dian)系(xi)數(shu)也會(hui)受到(dao)外界(jie)因素(su)的影響導致測試結果(guo)的偏(pian)差(cha)。Wang J H 等人(ren)在(zai)壓電(dian)力顯微(wei)鏡(jing)測(ce)試(shi)壓電(dian)系(xi)數(shu)時考慮(lv)了(le)基(ji)底效應(ying)的影響，並分(fen)析了(le)基(ji)底的彈性和(he)電(dian)邊界(jie)條(tiao)件對於(yu)測試的影響。Zhang M 等人(ren)采用仿(fang)真(zhen)和(he)實(shi)驗兩(liang)種方(fang)式(shi)對(dui)比(bi)了(le)電(dian)場分(fen)布(bu)的影響。電(dian)場分(fen) 布(bu)受(shou)頂電(dian)極的影響，沈積頂電(dian)極時(shi)電(dian)場分(fen)布(bu)均(jun)勻，采用直(zhi)接(jie)作為(wei)頂(ding)電(dian)極時(shi)電(dian)場分(fen)布(bu)集(ji)中(zhong)。隨著電(dian)極面(mian)積的增加，薄膜變形(xing)逐漸增加。這壹(yi)規(gui)律可(ke)采用壓電(dian)薄膜中(zhong)的偶極(ji)子貢獻來(lai)解(jie)釋，外加電(dian)場可(ke)以使偶極(ji)子指(zhi)向壹(yi)個確定(ding)的方(fang)向，當頂(ding)電(dian)極面(mian)積增加時，包(bao)含的偶極(ji)子數(shu)量增加，薄膜變形(xing)增 大。故在測(ce)試壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)時，需(xu)要將(jiang)電(dian)場的分布(bu)考慮(lv)在(zai)內(nei)。

X 射線(xian)衍射法(fa)

X 射線(xian)衍射法(fa)過去(qu)用於(yu)小(xiao)變形(xing)的測試(shi)以及試樣結構(gou)表(biao) 征(zheng)。隨著高分(fen)辨(bian)率(lv) X 射線(xian)衍射技(ji)術(shu)的廣泛(fan)應用，能(neng)夠通(tong)過衍(yan)射方(fang)法(fa)得(de)到(dao)精q的小(xiao)變形(xing)進而(er)用來(lai)測(ce)試(shi)薄膜的壓電(dian)系(xi)數(shu)。   

Thery V 等人(ren)將(jiang)高分(fen)辨(bian)率(lv)同步 X 射線(xian)衍射( HＲ-XＲD)技(ji)術(shu)應(ying)用到(dao) BaTiO3 薄膜材(cai)料(liao)的測試(shi)當中(zhong)。該技(ji)術(shu)能(neng)夠提供(gong)非常(chang)高的角度位(wei)置(zhi)精度，可(ke)以精(jing)q測量(liang)有(you)效壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)。

Khamidy N I 等人(ren)選(xuan)用二(er)維(wei) X 射線(xian)衍射( XＲD2) 表(biao) 征(zheng)壓(ya)電(dian)薄膜的。XＲD2 是壹(yi)種用二(er)維(wei)探測(ce)器代(dai)替(ti)點探測器的 X 射線(xian)衍射( XＲD) 。與(yu)傳統的 XＲD 相比(bi)，該(gai)技(ji)術(shu)能(neng) 夠在短(duan)的時間(jian)內(nei)同時記錄許多(duo)樣品信(xin)息。通(tong)過測(ce)試薄膜沿厚(hou)度方(fang)向的應變情(qing)況，每個點的有(you)效縱(zong)向壓電(dian)系(xi)數(shu)可(ke)以通(tong)過繪(hui)制應(ying)變與電(dian)場的關(guan)系(xi)圖來(lai)計(ji)算，然(ran)後提取這些(xie)圖的 斜率(lv)得到(dao)縱向(xiang)壓電(dian)系(xi)數(shu)。壓電(dian)系(xi)數(shu)隨薄膜厚(hou)度的變化(hua)可(ke)以用來(lai)解(jie)釋機械(xie)夾緊(jin)對薄膜壓(ya)電(dian)的影響。 

間接(jie)測試(shi)方(fang)法(fa)

除了(le)直(zhi)接(jie)測試(shi)方(fang)法(fa)測(ce)試(shi)薄膜壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)外，也有(you)研(yan)究采用間接(jie)測試(shi)方(fang)法(fa)測(ce)試(shi)薄膜的壓電(dian)系(xi)數(shu)。這些(xie)方(fang)法(fa)大(da)多(duo)依(yi)賴於(yu)待測樣(yang)品的諧振響應(ying)，包(bao)括串聯諧(xie)振與並(bing)聯(lian)諧振。本 文(wen)簡單介(jie)紹兩種間(jian)接(jie)測試(shi)方(fang)法(fa)。

體聲(sheng)波(bo)和(he)表(biao)面(mian)聲(sheng)波(bo)法(fa)

壓電(dian)薄膜與(yu)上(shang)下電(dian)極和(he)基(ji)底構成(cheng)四(si)層復(fu)合結(jie)構(gou)，可(ke)以當(dang)作壹(yi)個換(huan)能(neng)器。在交流電(dian)壓的激勵(li)下，在(zai)具(ju)有(you)電(dian)極圖(tu)案 的襯底上產(chan)生(sheng)體聲(sheng)波(bo)或(huo)表(biao)面(mian)聲(sheng)波(bo)。體聲(sheng)波(bo)從(cong)頂電(dian)極沿基(ji)底 縱向(xiang)傳播(bo)至(zhi)壹(yi)定(ding)深度並(bing)返回。表(biao)面(mian)聲(sheng)波(bo)則(ze)是在薄膜表(biao)面(mian)從(cong)壹(yi)端傳播(bo)至(zhi)另壹(yi)端。與(yu)脈沖頻(pin)率(lv)測量(liang)相(xiang)結(jie)合，可(ke)以將(jiang)產(chan)生(sheng)和(he)檢測(ce)的信(xin)號在(zai)時(shi)間(jian)上分開測量並用來(lai)確定(ding)換能(neng)器損耗。 得知(zhi)薄膜的電(dian)學(xue)和(he)聲(sheng)學(xue)特性後，即可(ke)得出(chu)壓電(dian)系(xi)數(shu)。

復合(he)諧振法(fa)

采用復合諧振法(fa)測(ce)試(shi)的壓電(dian)薄膜試(shi)樣(yang)通(tong)常(chang)由(you)上下(xia)電(dian) 極，壓(ya)電(dian)薄膜和(he)基(ji)底構成(cheng)四(si)層復(fu)合結(jie)構(gou)。采用復合諧振法(fa)測(ce)量(liang)壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)，即在壹(yi)定(ding)的頻率(lv)範圍(wei)內(nei)，對(dui)壓電(dian)薄膜施(shi)加 交流(liu)電(dian)壓信(xin)號，使其(qi)產(chan)生(sheng)振動，通(tong)過分(fen)析壓(ya)電(dian)材料(liao)的阻抗(kang)特 性，得到(dao)其串聯和(he)並(bing)聯諧振頻率(lv) fs 和(he) fp，通(tong)過計(ji)算可(ke)以得(de)出機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)，彈性常數(shu)和(he)密(mi)度的值(zhi)，進(jin)而(er)計(ji)算出(chu)壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)的值(zhi)。