一种铁电复合膜及其制作的原型器件

专利申请信息确认表1说明书摘要本发明公开了一种光致伸缩复合膜及其制成的光驱动器，该复合膜依次由衬底层、下电极层、压电材料层、中间电极层、光伏材料层和顶电极层六层组成，将压电材料和光伏材料制成薄膜形式，有利于减小光驱动器的尺寸；将压电薄膜和光伏薄膜制成复合膜，有利于提高光驱动器的光致伸缩效应。本发明的光驱动器的下电极层的截面设计为L形，将压电材料层、光伏材料层和顶电极层设置在L型腔内并与下电极连接，实现底电极和顶电极的无导线导通，进一步有利于减少光驱动器的尺寸，可使光驱动器更美观。1摘要附图请描述各层的作用：上电极：将光照下光伏层PLZT产生的电压输送到压电层PZT上。此时光伏层PLZT相当于电源，上电极起导线的作用。为了让更多的光透射到光伏层PLZT，我们选择透明的ITO作为上电极。光伏材料层：光伏层起电源的作用，能产生电压。铁电材料具有反常光生伏打效应，在光照下能产生电压。所以我们选择具有较高光成电压的铁电材料PLZT作为光伏层。中间电极层：起导线的作用。与上电极一起，将光照下光伏层PLZT中产生的电压传输到压电层PZT上。压电材料层：产生形变。将光照下光伏层PLZT产生的电压传输到压电层上。利用压电层的逆压电效应，使压电层在电场作用下产生形变。为了产生更大的形变，我们选择具有压电系数较大的PZT作为压电层。底电极层：为了测量光伏层的光生电压和压电层的压电性能，需要导电性良好的底电极材料。衬底层：由于光伏层、压电层、电极层等，都是薄膜，而薄膜必须制备在平整的“片”状材料上才能存在，这就是衬底(也叫基片)。如果将SRO单晶作为衬底的话，则衬底STO可以不要。考虑到SRO单晶比较昂贵，而STO比较廉价，所以我们选择STO作为衬底。PLZT与PZT是否可以不接触SRO?PLZT蓝色线条部分是否可以不要，可以此种结构是否可行2底电极的结构为L形正是本发明专利的创新点之一，直接用底电极将顶电极ITO和底电极SRO导通，而不用导线连接，这无论从尺寸上和美观上都是有利的。——也就是说压电材料PZT和光伏材料PLZT可以设计为不需要与底电极导通权利要求书1．一种光致伸缩复合膜，其特征在于：包括六层，依次为：一衬底层；一底电极层，设置在衬底层上；一压电材料层，设置在底电极层上；一中间电极层，设置在压电材料层上；一光伏材料层，设置在中间电极层上；一顶电极层，设置在光伏材料层上，用于将光线透射到光伏材料层。2.根据权利要求1所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：所述衬底层采用SrTiO3，SrTiO3(STO)与SrRuO3(SRO)均属于钙钛矿型氧化物，与PZT的晶格匹配程度较好，且导电性优良，以SRO作为衬底和底电极，易制备出结晶度好、漏电流小、抗疲劳性能高的PZT取向薄膜。是否可用其他材料替换。可以用其它材料替换，只是，选择合适的材料，得到的伸缩效应会更大。3.根据权利要求1所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：所述底电极3层和中间电极层采用SrRuO3制成，也可以采用与PZT晶格匹配好，导电性好的钙钛矿型LaNiO3等。是否有其他材料替换。4.根据权利要求1所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：所述压电材料层选用锆钛酸铅（Pb（ZrxTi1-x）O3），也可采用钛酸铅（PbTiO3）、（压电性钛酸钡（BaTiO3）等，但后两者的压电性能比Pb（ZrxTi1-x）O3差。是否有其他材料替换中的一种制成，x取值范围0.52,0.53，在此比例，易形成准同型相界，压电性能达到最大值，其中x为0.52最佳，所以优选Pb（Zr0.52Ti0.48）O3。5.根据权利要求1所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：所述光伏材料层采用PLZT（Pb1-xLaxZr1-yTiyO3），其他铁电材料如钛酸钡（BaTiO3）、铁酸铋（BiFeO3）等，但与PLZT相比，BaTiO3光伏效应弱，而BiFeO3具有铁磁性，会对光驱动器产生电磁干扰。已有文献报道，掺La量为0.03时，可获得较大的光生电压。是否有其他材料替换铁电材料中的一种制成，优选Pb0.97La0.03Zr0.52Ti0.48O3。6.根据权利要求1所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：所述顶电极层采用铟锡氧化物（ITO）制成，其它如锡氟氧化物（FTO）、锌铝氧化物（AZO）。是否有其他材料替换。7.一种光致伸缩复合膜的光驱动器，其特征在于：包括衬底层，其上设置有底电极；所述底电极截面设置为L形，底电极的L型腔内平行于其底面依次设置有压电材料层、中间电极层、光伏材料层和顶电极层，且底电极的竖直面分别与压电材料层、光伏材料层和顶电极层的一侧面连接；底电极层的竖直面不与所述中间电极层的任一侧面连接。8.根据权利要求7所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：所述衬底4层采用SrTiO3。9.根据权利要求7所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：所述底电极层和中间电极层采用SrRuO3制成。10.根据权利要求7所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：所述压电材料层选用锆钛酸铅（Pb（ZrxTi1-x）O3）中的一种制成，x取值范围……优选Pb（Zr0.52Ti0.48）O3。11.根据权利要求7所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：所述光伏材料层采用PLZT铁电材料中的一种制成，优选Pb0.97La0.03Zr0.52Ti0.48O3。12.根据权利要求7所述的一种光致伸缩复合膜，其特征在于：所述顶电极层采用铟锡氧化物（ITO）制成。1说明书一种光致伸缩复合膜及其制作的光驱动器技术领域本发明属于光驱动器领域，具体涉及一种光致伸缩复合膜及其制作的光5驱动器。背景技术与电、磁驱动相比，光驱动器由于具有无电磁噪音干扰和无需外加电/磁场，且可实现无线远程控制、便于器件的轻量化、小型化、集成化等优点而备受青睐，可用于微机电与微光机电系统驱动。光驱动器基于材料的光致伸10缩效应工作，该类材料主要有半导体、铁电陶瓷、有机聚合物。其中，铁电陶瓷具有制备简单、成本较低、光致伸缩效应较强等优点，其光致伸缩效应是光伏效应与逆压电效应的耦合（即在光照下由于铁电材料的光伏效应而产生光生电压，然后在该电压提供的电场作用下，由于铁电材料的逆压电效应而产生形变）。光致伸缩驱动器通过组成调控、尺寸调控、测试条件优化等可15以在一定程度上提高铁电材料的光致形变，但为了进一步提高光驱动器的性能以满足飞行器等的要求，大幅增强铁电材料的光致伸缩效应（增大光生电压和压电系数）仍是一个重要而且急待解决的问题。光生电压和压电系数对材料尺度的要求是矛盾的，这是造成铁电材料光致伸缩效果不显著的重要原因。20发明内容为了提高光驱动器的光致伸缩性能，本发明提供了一种光致伸缩膜以及其制成的光驱动器。2为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种光致伸缩复合膜，包括六层，依次为：一衬底层；一底电极层，设置在衬底层上；一压电材料层，设置在底电极层上；5一中间电极层，设置在压电材料层上；一光伏材料层，设置在中间电极层上；一顶电极层，设置在光伏材料层上，用于将光线透射到光伏材料上。进一步，所述衬底层采用SrTiO3。进一步，所述底电极层和中间电极层采用SrRuO3制成。10进一步，所述压电材料层选用锆钛酸铅（Pb（ZrxTi1-x）O3）中的一种制成，x取值范围……优选Pb（Zr0.52Ti0.48）O3。进一步，所述光伏材料层采用PLZT铁电材料中的一种制成，优选Pb0.97La0.03Zr0.52Ti0.48O3。进一步，所述顶电极层采用铟锡氧化物（ITO）制成。15一种光致伸缩复合膜的光驱动器，包括衬底层，其上设置有底电极；所述底电极截面设置为L形，底电极的L型腔内平行于其底面依次设置有压电材料层、中间电极层、光伏材料层和顶电极层，且底电极的竖直面分别与压电材料层、光伏材料层和顶电极层的一侧面连接；底电极层的竖直面不与所述中间电极层的任一侧面连接。20进一步，所述衬底层采用SrTiO3。进一步，所述底电极层和中间电极层采用SrRuO3制成。3进一步，所述压电材料层选用锆钛酸铅（Pb（ZrxTi1-x）O3）中的一种制成，x取值范围……优选Pb（Zr0.52Ti0.48）O3。进一步，所述光伏材料层采用PLZT铁电材料中的一种制成，优选Pb0.97La0.03Zr0.52Ti0.48O3。进一步，所述顶电极层采用铟锡氧化物（ITO）制成。5本发明的有益效果：本发明的光致伸缩复合膜，光致形变大则需电场大,压电系数大。而电场等于光生电压与厚度之比，因此需材料在光照下能产生高的光生电压，对于光伏层来说，增大膜厚可获得高的光生电压，对于压电层来说，减小压电层膜厚，则可获得大的电场强度和压电系数，从而获得大的形变。因此，将光10伏层与压电层进行复合，能够提高压电层的光致伸缩效应，即光致形变；本发明的光致伸缩复合膜的光驱动器，不仅能有较高的光致力伸缩效应；同时底电极的截面设计为L形将压电材料层、光伏材料层和顶电极层连接，实现底电极和顶电极的无导线导通，有利于减小光驱动器的尺寸，也使光驱动器更加美观；同时压电材料和光伏材料为薄膜形式制作成光驱动器，也有利于15减小光驱动器的尺寸。附图说明图1是本发明的光致伸缩膜；图2是本发明的光驱动器的剖视图。附图标记201、1’-衬底层；2-下电极层；2’-下电极；3、3’-中间电极层；4、4’-压电材料层；5、5’-中间电极层；6、6’-顶电极层。4具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。如图1所示，一种光致伸缩复合膜，包括六层，依次为：一衬底层1；一底电极层2，设置在衬底层1上；5一压电材料层3，设置在底电极层2上；一中间电极层4，设置在压电材料层3上；一光伏材料层5，设置在中间电极层4上；一顶电极层6，设置在光伏材料层5上，用于将光线透射到光伏材料层。所述衬底层1采用SrTiO3。10所述底电极层2和中间电极层4采用SrRuO3制成。所述压电材料层3选用锆钛酸铅（Pb（ZrxTi1-x）O3）中的一种制成，x取值范围……优选Pb（Zr0.52Ti0.48）O3。所述光伏材料层5采用PLZT（全化学式）铁电材料中的一种制成，优选Pb0.97La0.03Zr0.52Ti0.48O3。15所述顶电极层6采用铟锡氧化物（ITO）制成。如图2所示，一种光致伸缩复合膜的光驱动器，包括衬底层1’，其上设置有底电极2’；所述底电极2’截面设置为L形，底电极的L型腔内平行于其底面依次设置有压电材料层3’、中间电极层4’、光伏材料层5’和顶电极层6’，且底电极2’的竖直面分别与压电材料层3’、光伏材料层5’和顶电20极层6’的一侧面连接；实现底电极2’和顶电极层6’的无导线导通，有利于减小光驱动器的尺寸，同时光驱动器也更加美观。底电极层2’的竖直面不5与所述中间电极层的任一侧面连接4’。所述衬底层1’采用SrTiO3。所述上电极层6’、光伏材料层5’、中间电极层4’、压电极层3’和下电极层2’所述底电极层和中间电极层采用SrRuO3制成是否有其他材料替换。5所述压电材料层选用锆钛酸铅（Pb（ZrxTi1-x）O3）中的一种制成，x取值范围……优选Pb（Zr0.52Ti0.48）O3。所述光伏材料层采用PLZT（全化学式）铁电材料中的一种制成，优选Pb0.97La0.03Zr0.52Ti0.48O3。所述顶电极层采用铟锡氧化物（ITO）制成。101说明书附图图1图2