Recherche expérimentale sur l'effet du serrage de substrat sur le comportement piézoélectrique des éléments PZT à film épais

Cet article détaille une enquête expérimentale sur l'effet de serrage associé aux éléments piézoélectriques à film épais imprimés sur un substrat. L'effet de serrage réduit le coefficient piézoélectrique mesuré, d33, du film. Cette réduction est due à l'influence du composant d31 dans le film lorsqu'une déformation de la structure se produit, soit par l'effet piézoélectrique direct, soit par l'effet indirect. L'analyse théorique montre une réduction du d33 mesuré de 62 %, c'est-à-dire qu'un échantillon standard de zirconate de plomb titanate (PZT)-5H avec un d33 spécifié par le fabricant de 593pC/N tomberait à 227,8pC/N. Pour confirmer cet effet, les coefficients d33 de cinq échantillons de PZT-5H à faible épaisseur de 220µm ont été mesurés avant et après leur fixation sur un substrat d'alumine métallisé à 96 %. Les résultats expérimentaux montrent une réduction du d33 de 74 % passant de 529pC/N à 139pC/N. L'analyse théorique a ensuite été appliquée aux dispositifs à film épais existants de l'Université de Southampton. Il est estimé que la valeur d33 mesurée de 131pC/N des dispositifs à film épais est l'équivalent d'un d33 non contraint de 345pC/N.