压电薄膜材料的性能分别有以下几点:
1、介电常数
虽然压电薄膜为单晶薄膜或者为择优取向的多晶薄膜,但是在其中的原子堆积却不像在晶体中那样紧密和有序,因此压电薄膜的介电常数值与晶体的数值有差异。除此之外,还有在薄膜中常有的较大的残留内应力以及测量上的原因,也导致薄膜的介电常数值不同于晶体的相应数值。
已有研究表明:压电薄膜的介电常数不但与晶体方向有关,而且还依从于测试条件。压电薄膜的介电常数有相当大分散性的原因,除了内应力大小和测试条件不同以外,海印薄膜成分偏离化学式计量比和薄膜厚度的差别;一般认为,薄膜的介电常数随厚度减薄而变小。另外,压电薄膜的介电常数随温度、频率的变化也会发生明显的变化。
2、体积电阻率
从降低压电薄膜的介质损耗和弛豫频率来说,都希望它具有很高的电阻率,至少应该ρv≥108Ω•cm。AlN薄膜的电阻率2×1014~1×1015Ω•cm,远高于108Ω•cm,因而在这一方面,AlN是十分优异的薄膜。另外,AlN压电薄膜的电导性随温度的变化也服从
1nσ∝1/T规律。
有压电效应的晶体都不具有对称中心,所以其电子迁移率也是各向异性的,电导率也是各不相同的。AlN压电薄膜沿C轴方向的电导率就不同于垂直C轴的方向,前者约小1~2个数量级。
3、损耗角正切
AlN压电薄膜的介质损耗角正切tanδ=0.003~0.005,ZnO薄膜的tanδ则较大,为0.005~0.01。这些薄膜的tanδ之所以有这样大,是由于这些薄膜中除了有电导过程以外,还存在着显著的弛豫现象。
与介质薄膜类似,压电厚膜的tanδ随温度和频率的上升以及湿度的增大,都逐渐增大。另外,在薄膜厚度减少时,tanδ趋向于增大。显然,tanδ随温度的上升是由于电导的变大和弛豫子的增多,它随频率增大时因为时间内弛豫次数增多。
4、击穿强度
因为电介质的击穿场强属于强度参数,而且在薄膜中又难免有各种缺陷,所以压电薄膜的击穿场强有相当大的分散性;安电介质的击穿理论,对于完整无缺的薄膜,其击穿场强应该随薄膜厚度的减小而逐渐增大。但是实际上,因为薄膜中含有不少缺陷,厚度越小时缺陷的影响越显著,所以在厚度减到一定数值时,薄膜的击穿场强反而急剧变小。对薄膜击穿场强,除了薄膜自身的原因外,还有在测试时电极边缘的影响。由于薄膜越厚,电极边缘的电场越不均匀,所以随薄膜厚度的增加,其击穿场强逐渐降低。