铁电材料制备及其微型致冷

Kobi982

在微机电系统（MEMS）进一步向微型化、集成化和多功能化的发展过程中，与CPU芯片和一般半导体集成块类似，IC高度集成的MEMS和相应器件必须解决散热(致冷)问题，才能使系统和器件性能稳定、可靠地工作。因此，为适应现代日益高能量密度的微型发热器件和系统，致冷器本身也必须微型化、并且具有IC兼容性和普适性、易于集成、便于数字控制、灵敏、高效和低成本，这对MEMS的发展和最终实用化具有重要的现实意义。因此，基于微机械加工工艺的铁电体微型致冷器被提出加以研究，并有望发展成为无压缩机、无机械部件和易操作的新型MEMS致冷器。铁电体微型MEMS致冷器的制备技术涉及微电子与固体电子、材料物理及微系统等多个领域和交叉学科，其成功研制将成为常温致冷技术领域内的一项创新性成就。受国家，"863"计划资助，本课题着手研究铁电体微型致冷器，是利用了铁电材料体系的反热释电效应，即电生热（EC）效应。归根结底，是一种基于铁电体熵变和相变致冷机理的新型结构MEMS致冷器，这种微型冷却系统可广泛应用于小尺寸－及具有一般热耗散功率的器件与系统的致冷，如微电子器件、仪器仪表、医疗器械中的微小型低温或恒温器中使用，尤其在大规模集成电路（uLSI）如CPU、光敏器件、功率器件、高频晶体管、MEMs和微光机电系统（MOEMs）等元件和设备的冷却中应用。本文重点介绍了弛豫性Pb（Mg_(1／3)Nb_(2／3)）O_3与PbTiO_3固溶体（PMNT）铁电薄厚膜及陶瓷工质材料的制备、致冷器系统结构设计（致冷器阵列结构、版图设计与制作技犬）以及致冷效应表征技术等，并对铁电致冷进行了机理性探讨与展望。