的(dí)鐵(tiě)電材料都同(tóng)時(shí)具(jù)備鐵電性(xìng)和壓電性。鐵(tiě)電(diàn)性是指在(zài)一(yī)定溫度範(fàn)圍內材(cái)料會(huì)產生自發極(jí)化。由於(yú)鐵電(diàn)體晶(jīng)格中的正負電荷中心(xīn)不重(zhòng)合(hé)，因(yīn)此即使(shǐ)沒有外(wài)加電(diàn)場，也(yě)能(néng)產(chǎn)生電(diàn)偶(ǒu)極矩，並且(qiě)其(qí)自(zì)發極化可以在(zài)外電場作(zuò)用(yòng)下(xià)改(gǎi)變(biàn)方(fāng)向，如(rú)1a。當(dāng)溫度(dù)高於(yú)某一(yī)臨(lín)界值時，其晶格結構(gòu)發(fā)生改變，正負(fù)電荷中(zhōng)心重(zhòng)合(hé)，自(zì)發(fā)極(jí)化消(xiāo)失，這一溫(wēn)度(dù)臨(lín)界值(zhí)稱為(wéi)居裏(lǐ)溫(wēn)度(Tc)。壓電性(xìng)是實(shí)現機械能－電能(néng)相互轉(zhuǎn)換(huàn)的一種性(xìng)質。若在(zài)某一方向上(shàng)給材料施(shī)加外(wài)力使(shǐ)材(cái)料發生(shēng)形變，其內(nèi)部會發生極化(huà)並(bìng)在表麵(miàn)產生電(diàn)荷(hé)，這就是(shì)壓(yā)電效(xiào)應;相(xiāng)反，若給材料施加(jiā)電(diàn)場則(zé)材料(liào)會(huì)發生(shēng)形變(biàn)而產生機械力，這就是逆(nì)壓電效(xiào)應，如圖(tú)。的(dí)鐵電材料(liào)都具備上(shàng)述2種特(tè)性，這是(shì)構(gòu)建(jiàn)機(jī)電係統的(dí)材料基礎之一。隨(suí)著器(qì)件(jiàn)微(wēi)型化(huà)要求(qiú)的(dí)逐步(bù)提高，傳(chuán)統(tǒng)的壓電(diàn)塊(kuài)體正逐(zhú)步(bù)向(xiàng)壓(yā)電薄膜過渡，特(tè)別(bié)是微(wēi)機(jī)電係(xì)統(MicroElectromechanicalSys-tem，MEMS)的(dí)出(chū)現(xiàn)以及薄膜(mó)生(shēng)長(cháng)技(jì)術(shù)的(dí)*，使壓電薄膜(mó)成(chéng)為(wéi)主(zhǔ)要的(dí)研(yán)究內(nèi)容，如圖。

並非的(dí)壓(yā)電材料(liào)都(dū)具備鐵(tiě)電(diàn)性，如(rú)壓電(diàn)薄(báo)膜ZnO，AlN就(jiù)不具備鐵電性(xìng)。這(zhè)兩(liǎng)者有(yǒu)著近(jìn)似的壓電，都在(zài)方(fāng)向(xiàng)上表現(xiàn)出壓電(diàn)性。一般來(lái)說(shuō)AlN比ZnO有著大的優勢，首先AlN能夠好地(dì)和(hé)Si基(jī)的半(bàn)導體(tǐ)技(jì)術兼容。另外(wài)，AlN的能(néng)隙高達(dá)6eV，有著好的(dí)電絕(jué)緣性，而(ér)ZnO的(dí)能隙隻有(yǒu)3eV，並且(qiě)Zn離子容易變價(jià)，因此製備(bèi)絕緣性好(hǎo)的(dí)ZnO非(fēi)常困(kùn)難。良(liáng)好的(dí)直流(liú)導電性(xìng)會(huì)使(shǐ)材料在(zài)低(dī)頻(pín)下的介(jiè)電損(sǔn)耗變大，基於(yú)這(zhè)類(lèi)材料(liào)的(dí)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)和驅(qū)動(dòng)器(qì)在(zài)10KHz以下工作時(shí)有(yǒu)很(hěn)大的(dí)損耗(hào)。

表1列(liè)出(chū)了(liǎo)3種壓電薄膜(mó)的(dí)主(zhǔ)要參數，其(qí)中e31，f和d33，f均(jūn)為(wéi)壓電(diàn)常(cháng)數(shù)，分(fēn)別代(dài)表(biǎo)極(jí)化強(qiáng)度P同(tóng)應(yīng)變，應力(lì)之間的關係;ε33是(shì)電(diàn)容率，tanδ是(shì)介電損耗(hào);e31，f/ε0ε33是壓電薄膜應變時(shí)產(chǎn)生的電壓;e231，f/ε0ε33是(shì)麵(miàn)內波(bō)的(dí)機(jī)電(diàn)耦(ǒu)合係數;e233/(ε0ε33c3D3)≈d233，f·c3E3/ε0ε33是厚(hòu)度波(bō)的機電(diàn)耦(ǒu)合係數(shù);e31，f/sqrt(ε0ε33tanδ)是信噪(zào)比;c3E3為彈性(xìng)常量。 

相對(duì)於AlN和ZnO來說(表(biǎo)1)，鐵電(diàn)薄(báo)膜鋯鈦酸鉛Pb(ZrxTi1－x)O3(PZT)有著高的(dí)壓電常(cháng)數，PZT是典(diǎn)型的(dí)鈣鈦(tài)礦結(jié)構，晶格取向，成分，晶粒(lì)尺寸以及應(yīng)力(lì)邊界(jiè)等(děng)都會(huì)影響PZT薄(báo)膜的壓電(diàn)。例(lì)如(rú)目前報導(dǎo)的(dí)PZT薄膜(mó)在(zài)準同型相界(MPB)附(fù)近<001>方向上(shàng)的e31，f高達27C/m2，而(ér)隨機取向(xiàng)的PZT薄膜e31，f隻有7C/m2左右(yòu)。壓電(diàn)係數的提高(gāo)對降低(dī)驅動電壓或者(zhě)提高響(xiǎng)應速(sù)度(dù)至(zhì)關(guān)重(zhòng)要。近年(nián)來(lái)的相關研究(jiū)大部(bù)分集(jí)中在晶格(gé)取向或者MPB對(duì)鐵電薄膜壓電的影(yǐng)響方(fāng)麵(miàn)。在Pb(ZrxTi1－x)O3薄膜中隨(suí)著(zhuó)Zr含(hán)量的增(zēng)加(jiā)，PZT晶(jīng)格結(jié)構發(fā)生(shēng)畸變，從四方(fāng)相(xiāng)(111)逐(zhú)步(bù)向三方相(100)轉變，而(ér)當(dāng)Zr摻(chān)雜(zá)量(liáng)達到(dào)50%時出現MPB，壓電係數(shù)d和e達到大值(zhí)。但是，PZT薄膜(mó)要(yào)應用(yòng)到(dào)具體器(qì)件(jiàn)中(zhōng)，除了需要(yào)MPB之(zhī)外(wài)還要有(yǒu)合適的(dí)相變溫度。一(yī)般來(lái)說，低溫下PZT薄膜(mó)的(dí)壓電會有(yǒu)所提(tí)高，但是低(dī)溫不僅(jǐn)使(shǐ)器件(jiàn)對溫(wēn)度產生依(yī)賴，重(zhòng)要的(dí)是妨礙了(liǎo)壓(yā)電(diàn)器件的實際(jì)應用。因此(cǐ)，目(mù)前(qián)在研(yán)究(jiū)壓(yā)電材(cái)料獲得準(zhǔn)同型(xíng)相界的同(tóng)時如(rú)何提高相變溫度也(yě)是(shì)研究(jiū)重點之一(yī)。在準(zhǔn)同(tóng)型相界附(fù)近的(dí)PZT和PbYb1/2Nb1/2O3-PbTiO3薄膜的相(xiāng)轉(zhuǎn)變(biàn)溫度(dù)都(dū)在(zài)360℃附(fù)近(jìn)，BiMeO3-PbTiO3的(dí)相(xiāng)變溫(wēn)度高(gāo)一(yī)點(diǎn)。而報(bào)導的BiScO3-PbTiO336/64陶(táo)瓷壓電(diàn)係數d33高達(dá)465pC/N並且相變(biàn)溫(wēn)度為(wéi)450℃。同陶瓷(cí)或(huò)者(zhě)單(dān)晶(jīng)相比，壓(yā)電(diàn)薄膜的相(xiāng)變溫度(dù)略有差異(誤差(chà)在(zài)50℃左(zuǒ)右(yòu))，因此塊體(tǐ)材(cái)料的(dí)研究(jiū)起著很好(hǎo)的(dí)引(yǐn)導(dǎo)作(zuò)用(yòng)。

壓(yā)電材料的(dí)應(yīng)用十分廣泛，粗略地分(fēn)為振動(dòng)能和(hé)超(chāo)聲振動(dòng)能－電(diàn)能換能器，包(bāo)括電聲(shēng)換能(néng)器(qì)，水聲換能(néng)器(qì)和(hé)超(chāo)聲(shēng)換能器等，還有其(qí)它(tā)一些傳感器(qì)和(hé)驅(qū)動(dòng)器應用，而(ér)驅(qū)動器和傳感器正是(shì)近年(nián)來出現的微(wēi)機(jī)電係(xì)統(tǒng)MEMS的核(hé)心(xīn)研(yán)究(jiū)開發內(nèi)容(róng)。MEMS是微電子(zǐ)與(yǔ)微機械(xiè)的結合(hé)體，是隨著半導(dǎo)體集成(chéng)電路微(wēi)細加工(gōng)技術和超(chāo)精密(mì)機械加工技術(shù)的發展而發(fā)展起(qǐ)來的，有(yǒu)著(zhuó)高度(dù)集成化(huà)，微型化的(dí)特(tè)點(diǎn)，在(zài)眾(zhòng)多工(gōng)業領域(yù)中都有著(zhuó)廣泛的(dí)應用。

由(yóu)於壓(yā)電(diàn)薄(báo)膜(mó)具有(yǒu)優異的壓電(diàn)效(xiào)應(yīng)和逆壓電(diàn)效應並(bìng)且介電(diàn)常(cháng)數高，穩定(dìng)性(xìng)好，因(yīn)此(cǐ)製(zhì)備出(chū)來的微型傳感(gǎn)器和(hé)驅(qū)動器等壓電器件(jiàn)有眾(zhòng)多(duō)優(yōu)勢:①在高頻共振體係(xì)中，傳(chuán)統的(dí)高頻(pín)靜電(diàn)驅動(dòng)器(qì)雖然有(yǒu)了很大的進展，但是(shì)這類(lèi)器(qì)件(jiàn)不(bù)僅(jǐn)要求發達(dá)的(dí)圖(tú)像(xiàng)成(chéng)形(xíng)技(jì)術以滿足小(xiǎo)尺寸(cùn)要(yào)求(qiú)，同時還(huán)要克(kè)服(fú)容(róng)易(yì)受到(dào)外界(jiè)環境的巨大(dà)影響的(dí)弱(ruò)點，而(ér)壓(yā)電(diàn)材料本身(shēn)的諧振(zhèn)頻(pín)率就(jiù)在MHz～GHz之(zhī)間(jiān)，並(bìng)且(qiě)有(yǒu)著很好(hǎo)的(dí)溫度穩定性，工(gōng)藝製(zhì)造(zào)相對簡(jiǎn)單很(hěn)多，

而(ér)且(qiě)已(yǐ)經(jīng)製(zhì)備出了如(rú)掃描(miáo)聲學顯微(wēi)鏡和薄(báo)膜聲波諧振(zhèn)器(qì)(FBAR)等(děng)MEMS器件。②微(wēi)型壓電(diàn)傳(chuán)感(gǎn)器除了(liǎo)必(bì)要的(dí)電荷或(huò)者電壓之(zhī)外(wài)並不需要額(é)外的動力(lì)，能(néng)耗(hào)很(hěn)低並(bìng)且(qiě)具有寬廣的(dí)動態範(fàn)圍(wéi)和低噪音(yīn)層。③壓電(diàn)材(cái)料(liào)在很小(xiǎo)的驅(qū)動(dòng)電壓下(xià)就(jiù)能產生很大的(dí)振幅，幾(jī)乎沒有(yǒu)滯(zhì)後現(xiàn)象(xiàng)，這(zhè)意(yì)味著響應(yīng)速(sù)度(dù)非(fēi)常快(kuài)，而(ér)其它(tā)的(dí)基(jī)於電(diàn)流的(dí)驅(qū)動(dòng)設(shè)備如熱式或者磁(cí)式(shì)驅(qū)動器的反應較慢(màn)。④在微米(mǐ)量(liáng)級上(shàng)，由(yóu)於(yú)傳(chuán)統電磁驅動器尺寸(cùn)達(dá)不到(dào)要(yào)求(qiú)，已經(jīng)很難(nán)應用在(zài)MEMS上，而壓電傳感器(qì)卻(què)有(yǒu)著(zhuó)小尺(chǐ)寸(cùn)，高(gāo)能量(liáng)集成的優點(diǎn)，並且像靜電感(gǎn)應(yīng)那樣，壓(yā)電傳感(gǎn)或(huò)者驅(qū)動(dòng)隻(zhī)需電(diàn)接觸就(jiù)能產(chǎn)生(shēng)電信(xìn)號，在(zài)芯片中很容易處(chǔ)理(lǐ)這些電信號。