硅化鈦納米線電極及低調(diào)制電壓和高介電可調(diào)薄膜研究.pdf

1、介電可調(diào)薄膜在微波領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用潛力，如用于可調(diào)振蕩器、濾波器以及相控陣?yán)走_(dá)中的移相器等。應(yīng)用于微波的介電薄膜材料需要具有低的介電損耗和高介電常數(shù)電場(chǎng)可調(diào)性。目前有關(guān)研究主要集中于BST、PST等鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料上。為了獲得介電常數(shù)最大調(diào)制往往需要施加高電壓大獲得高電場(chǎng)，以及高性能薄膜需要在高溫下制備，限制了介電可調(diào)薄膜的廣泛應(yīng)用、介電可調(diào)元件的微型化和集成化的發(fā)展。通過(guò)新方法新思路實(shí)現(xiàn)低成本地低溫制備低調(diào)制電壓、高介電可調(diào)、低介電損

2、耗的高性能介電可調(diào)薄膜還有許多工作要做。通過(guò)將TiSi納米線應(yīng)用于介電薄膜器件中，利用TiSi納米線電極表面形成的巨大邊緣電場(chǎng)能夠極大地降低薄膜器件的工作電壓；利用TiSi納米線誘導(dǎo)形核，降低介電薄膜形核勢(shì)壘，降低薄膜晶化溫度，保護(hù)材料性能穩(wěn)定。植入TiSi納米線電極的介電薄膜，能夠獲得非常低的工作電壓、很高的可調(diào)性、相對(duì)較低的介電損耗以及低的制備溫度等諸多優(yōu)點(diǎn)． 本文全面綜述了高介電可調(diào)微波可調(diào)薄膜材料主要的制備現(xiàn)狀和改性研究

3、方法，總結(jié)了硅化鈦薄膜納米線的研究發(fā)展以及邊緣電場(chǎng)型可調(diào)薄膜的研究應(yīng)用，描述了誘導(dǎo)層低溫制備高性能薄膜的技術(shù)及成果，提出了利用TiSi納米線作為納米電極和誘導(dǎo)層結(jié)合射頻磁控濺射技術(shù)低溫制備低調(diào)制電壓和高介電可調(diào)薄膜。 本文通過(guò)常壓化學(xué)氣相沉積法，在玻璃基板上一次性沉積出Ti<,5>Si<,3>薄膜TiSi納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)。采用射頻磁控濺射工藝在Ti<,5>Si<,3>薄膜TiSi納米線基板上成功地低溫制備了低調(diào)制電壓和高介電可調(diào)P

4、ST(BST)薄膜。用X射線衍射分析了其物相結(jié)構(gòu)，通過(guò)掃描電鏡觀測(cè)了薄膜的表面形貌和斷面情況，利用阻抗分析儀測(cè)試了薄膜的介電性能。 將TiSi納米線電極植入介電薄膜內(nèi)部，充分利用TiSi納米線電極表面的巨大邊緣電場(chǎng)可以在非常低的工作電壓下獲得更高的介電可調(diào)性；具有TiSi納米線底電極的Pb<,0.4>Sr<,0.6>(Ti<,0.97>Mg<,0.03>)O<,2.97>薄膜能在3V～4V的低電壓下獲得60％～70％的高可調(diào)性，

5、同樣具有TiSi納米線底電極的Ba<,0.7>Sr<,0.3>TiO<,3>薄膜能在4V～7V的低電壓下獲得50％～60％的高可調(diào)性，比沒有TiSi納米線電極的介電可調(diào)薄膜的調(diào)制電壓有了大大下降，僅為一般情況下的1/6～1/10以下。同時(shí)，具有TiSi納米線電極的介電薄膜，結(jié)構(gòu)致密，缺陷少，損耗相對(duì)非常小。利用TiSi納米線作為誘導(dǎo)層，低溫誘導(dǎo)PST(BST)薄膜形核生長(zhǎng)，極大降低薄膜形核勢(shì)壘，降低薄膜晶化溫度。TiSi納米線誘導(dǎo)生長(zhǎng)的

6、PST(BST)薄膜在450～500℃的低溫下結(jié)晶性能好，可調(diào)性高達(dá)60％～70％。而沉積在Ti<,5>Si<,3>薄膜基板的PST(BST)薄膜則需在600℃或者更高的熱處理溫度下才能獲得較好的結(jié)晶性能和介電性能． 增大濺射功率，可以增強(qiáng)PST薄膜結(jié)晶性能，提高薄膜介電可調(diào)性。但是，隨著濺射功率升高，薄膜致密度提高，熱處理時(shí)，薄膜與基板之間熱膨脹系數(shù)不同引起的熱應(yīng)力增大，薄膜易龜裂。TiSi納米線使沉積的薄膜膨松，熱處理是離子

7、通過(guò)移動(dòng)調(diào)整結(jié)構(gòu)釋放應(yīng)力，使薄膜致密。薄膜內(nèi)部應(yīng)力會(huì)減小薄膜介電可調(diào)性，相對(duì)于沉積在Ti<,5>Si<,3>薄膜基板上的應(yīng)力較大的PST薄膜，沉積在TiSi納米線上的應(yīng)力較小的PST薄膜，隨著功率的增加，可調(diào)性增加更快。 與PST不同，沉積在Ti<,5>Si<,3>薄膜TiSi納米線上的BST薄膜由于BST和TiSi大的晶格失配度，TiSi納米線誘導(dǎo)作用較弱，易生成雙介質(zhì)層。BST雙介質(zhì)層形成產(chǎn)生空間電荷極化，濺功率升高，空間電