各种PZT薄膜沉积技术及其应用趋势分析

本报告评估了各种PZT薄膜沉积技术及其应用趋势，并加以比较。此外，本报告提出了一个路线图，涵盖每个关键公司进入该市场的时间。最后，我们还给出2013-2018年PZT薄膜产量预测。

压电效应：未来最有希望影响PZT薄膜应用

2013年9月，爱普生公司宣布其新一代喷墨打印技术：PrecisionCore，第一次推出采用PZT薄膜技术制造的MEMS喷墨打印头。该发明已获得广泛宣传：首先，薄膜压电MEMS技术应用已在市场上出现，证明该技术的可靠性和成熟度。其次，更多喷墨打印头制造商将很快跟进。

Yole半导体制造市场与技术分析师克莱尔•特罗阿代克说道：“薄膜压电材料在MEMS产业中日益受到重视。尽管半导体制造公司在过去不愿意将这种特殊材料引入其生产线，但是现在每一个主要的MEMS代工企业都致力于在MEMS制造工艺中使用压电薄膜。”

锆钛酸铅（或称PZT）是一种令人感兴趣的铁电材料。根据其组成，它具有组合3种不同材料特性的优势：高介电常数、热释电效应和压电效应。其高介电常数特性仍然被广泛用于PZT薄膜和集成无源器件（IPD）的集成，并在较小程度上用于铁电存储器（FeRAM）。这些是多年来PZT薄膜的两个优先应用领域。恩智浦半导体与意法半导体在此IPD市场处于主导地位。

英国Pyreos公司正在将PZT热释电效应用于基于PZT薄膜的非制冷红外探测器，虽然PZT薄膜技术仍然位于这个领域的边沿。PZT压电效应将是在未来应用中最有前景的。Wavelens和PoLight两家公司正致力于将基于PZT薄膜的自动聚焦执行器推向市场。目前，PZT薄膜技术与MEMS应用才刚刚碰撞出“火花”，好戏还在后面。

图1 各大半导体厂商发布PZT薄膜器件的时间

规模化生产线仍在建设中

PZT薄膜技术的主要难点在于：将这种特殊材料与一套稳定的、可重复的工艺流程相融合。以下列举了将PZT薄膜集成到产品中所遇到的技术挑战：
- 沉积（Deposition）
- 刻蚀（Etching）
- 工艺监控（Process monitoring）
- 测试（Test）
- 可靠性（Reliability）

这些都是比较复杂的问题，虽然到目前为止，已经在实验室做了很多研发工作，但是仍然有一些工作有待设备制造商和材料供应商完成，以实现稳定的、大批量生产。

在沉积方面，主要有2种技术竞争：溶胶-凝胶法（Sol-Gel）和溅射（Sputtering）。

采用溶胶-凝胶法沉积PZT薄膜具有较好的薄膜性能：良好的均匀性和较高的击穿电压。但是考虑到大批量生产时，吞吐量就成为一个重要的考虑因素，因此溶胶-凝胶法具有一定的局限性。

半导体行业内的很多设备制造商都习惯采用比较经典的解决方案：溅射。

ULVAC公司是最早研发基于PVD工艺的PZT薄膜沉积的公司之一，如今他们已经有了更可靠的PVD技术。大型半导体厂商，如应用材料公司，在18个月之前开始准备进入该市场，并正在加速PZT薄膜技术研发。同时，Oerlikon和SolMateS等公司持续改善他们的沉积技术：PVD或脉冲激光沉积技术（PLD）。

他们都有了一些可喜的成果。SolMateS是一个非常有趣的案例：他们独特的PLD技术和较小的公司规模，却与大型PVD设备制造商在PZT薄膜制造领域进行竞争。

图2 薄膜PZT沉积技术

PZT薄膜制造的竞争才刚刚开始，并且未来5年内的走势都非常有趣。

本报告评估了各种PZT薄膜沉积技术及其应用趋势，并加以比较。此外，本报告提出了一个路线图，涵盖每个关键公司进入该市场的时间。最后，我们还给出2013-2018年PZT薄膜产量预测。

图3 薄膜PZT市场中的主要竞争对手