釔錳交替摻雜鈦酸鍶鋇薄膜預(yù)熱處理研究.pdf

1、BST鐵電薄膜因其具有良好的鐵電、介電、壓電等方面的特性，成為近年來研究的一個熱點。其優(yōu)良的性能可以使其應(yīng)用在移相器、動態(tài)隨機存儲器等微波調(diào)諧器件當(dāng)中。然而，應(yīng)用在微波調(diào)諧領(lǐng)域要求BST薄膜必須同時具有高的調(diào)諧率和低的介電損耗。純的BST雖然可以達(dá)到較高的調(diào)諧率，但是介電損耗較高阻礙了其應(yīng)用。為了克服這一缺點，本研究團隊前期進(jìn)行了大量的研究，包括改進(jìn)薄膜的制備工藝、進(jìn)行單一摻雜、復(fù)合摻雜以及交替摻雜來提高薄膜的綜合介電性能，都取得了良好

2、的進(jìn)展。尤其是釔(Y)和錳(Mn)交替摻雜對于提高薄膜的綜合介電性能有著良好的促進(jìn)作用。本團隊在研究中發(fā)現(xiàn)，在制備薄膜的過程中加入預(yù)熱處理過程可以大大的改善薄膜的性能，目前關(guān)于這方面的研究還比較欠缺。因此，本論文在前期研究的基礎(chǔ)上，重點研究不同的預(yù)熱處理方式以及不同的摻雜濃度組合對釔(Y)和錳(Mn)交替摻雜薄膜的介電性能的影響，并深入地分析了其機理。
　　利用XRD、SEM以及HP4294A阻抗分析儀測試了薄膜的相結(jié)構(gòu)、表面形貌

3、及介電性能，取得了以下創(chuàng)新性成果：
　　1、適當(dāng)?shù)念A(yù)熱處理可以有效地提高薄膜的綜合介電性能，不僅使薄膜保持較高的調(diào)諧率，且可以有效地降低介電損耗。其中，在600℃條件下進(jìn)行預(yù)熱處理，保持Y的摻雜濃度為1％不變，隨著Mn的摻雜濃度從2%升到5%，薄膜的介電損耗經(jīng)歷了先減小后增大的過程，當(dāng)Mn的摻雜濃度為3%時，薄膜的調(diào)諧率為47.90%，最大介電損耗低至1.98%；在650℃條件下進(jìn)行預(yù)熱處理，薄膜性能有所提高，3mol%Mn/1m

4、ol%Y薄膜的最大介電損耗降低至1.38%，調(diào)諧率為48.2%。
　　2、對薄膜的預(yù)熱處理溫度進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，在550℃條件下進(jìn)行預(yù)熱處理，獲得了較其他單一溫度預(yù)熱處理更低的介電損耗，隨著Mn的濃度從2%升到5%，薄膜的最低介電損耗分別為0.79%、0.97%、0.92%，均在1%以下。并且在降低了損耗的基礎(chǔ)上，保持了較高的調(diào)諧率，三種濃度下薄膜的調(diào)諧率依次為56%、56%、48.6%，表現(xiàn)出優(yōu)異的介電性能。
　　3、在單一

5、溫度預(yù)熱處理方式的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的預(yù)熱處理方式：梯度預(yù)熱處理。隨著薄膜層數(shù)的增加，薄膜的預(yù)熱處理溫度呈現(xiàn)梯度的變化，由第一層的550℃逐漸升高到了第六層的650℃。在此預(yù)熱處理方式下，隨著Mn摻雜濃度的增大，薄膜的晶化逐漸增強，晶粒尺寸逐漸增大。薄膜的綜合介電性也能得到了大幅度的提升，保持Y的摻雜濃度不變，當(dāng)Mn的摻雜濃度為2%時，薄膜的最大損耗和最低損耗分別為1.4%和0.49%，同時對應(yīng)高達(dá)50.2%的調(diào)諧率；當(dāng)Mn的摻雜濃