異質緩沖層鈦酸鍶鋇薄膜介電調諧協調性的研究.pdf

1、鈦酸鍶鋇(Ba<,1-x>Sr<,x>TiO<,3>，BST)是典型的非線性電介質材料。其交變小信號介電常數較大，并隨外加直流偏壓的改變而變化顯著，因而有望成為電可調射頻/微波集成器件的關鍵材料。然而，大量研究表明調諧率提高的同時往往伴隨著損耗的上升，介電損耗嚴重影響著調諧器件的插入損耗和移相/噪聲比，因此高調諧與低損耗間的矛盾是制約非線性介電薄膜微波調諧應用的核心問題。本文采用異質緩沖層和摻雜改性的方法，保持薄膜較高調諧率的同時顯著降

2、低介電損耗，提高BST薄膜介電調諧的協調性。此外本文探討了(Ba+Sr)/Ti比對薄膜介電性能的影響，首次探索了Ti基片上BST薄膜的制備科學，優(yōu)化LaNiO<,3>(LNO)緩沖層厚度和BST晶化溫度，提高了BST/LNO/Ti復合結構介電性能。 本文采用脈沖激光沉積法(PLD)在Pt/Ti/SiO<,2>/Si襯底上制備BST薄膜，研究了MgO緩沖層厚度對BST薄膜介電及調諧性能的影響。MgO緩沖層有效阻擋了BST薄膜和Pt

3、底電極間的界面擴散，抑制界面非晶相(PtO<,x>)的生成，提高BST薄膜的擇優(yōu)取向。薄膜的介電損耗和漏電流密度隨MgO厚度的增加顯著降低，然而薄膜介電常數和調諧率也相應減小。優(yōu)化緩沖層厚度可以提高薄膜調諧率、損耗和漏電流的協調性，MgO為10 nm的BST薄膜調諧率、損耗和優(yōu)值分別為30.1％，0.009和33.4(1MHz，300kV/cm)，漏電流為1.8×10<'-6>A/cm<'2>(300kV/cm)，綜合性能較無緩沖層BS

4、T薄膜有明顯的提高。 在此基礎上，本文研究了BST/MgO(10 nm)薄膜的Fe、cr摻雜改性。適量Fe摻雜能有效抑制氧空位的施主行為，降低薄膜的漏電流密度和介電損耗，提高薄膜的優(yōu)值。0.4 mol％Fe摻雜BST/MgO(10nm)薄膜調諧率、損耗和優(yōu)值分別為30.7％，0.007和43.2(1MHz，300kV/cm)。適量Cr摻雜能增強薄膜(111)擇優(yōu)取向，薄膜表面形貌呈現"三角形"晶粒，斷面織構從"塊狀"轉變?yōu)?柱狀

5、"結構，并在降低漏電流和介電損耗的同時能在一定程度上提高薄膜的調諧率。1.0 mol％Cr摻雜的樣品調諧率、損耗和優(yōu)值分別為32.6％、0.006和54.3(1MHz，300kV/cm)，漏電流僅為5.5×10<'-8>A/cm<'2>(300kV/cm)，絕緣場強顯著增大。該樣品在高電場下的調諧率、損耗和優(yōu)值分別達到了51.6％、0.0066和78.2(1MHz，600kV/cm)，其綜合性能較未摻雜的樣品有大幅度的提高。就摻雜改性的

6、效果而言，Cr摻雜優(yōu)于Fe摻雜，1.0 mol％Cr摻雜BST/MgO薄膜有望在微波調諧器件領域獲得應用。本文采用溶膠凝膠法在Pt/Ti/SiO<,2>/Si襯底上沉積了不同(Ba+Sr)/Ti計量比的BST薄膜，討論了非化學計量比薄膜的介電調諧性能。(Ba+Sr)/Ti比在0.87-1.00范圍的BST薄膜調諧率和損耗協調性較好。 此外，本文首次探索了鈦襯底(Ti)上溶膠凝膠法制備BST薄膜的工藝過程。BST薄膜與Ti襯底間的