異質(zhì)緩沖層鈦酸鍶鋇薄膜介電調(diào)諧協(xié)調(diào)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(zhì)材料。其交變小信號介電常數(shù)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(diào)射頻/微波集成器件的關(guān)鍵材料。然而，大量研究表明調(diào)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(diào)諧器件的插入損耗和移相/噪聲比，因此高調(diào)諧與低損耗間的矛盾是制約非線性介電薄膜微波調(diào)諧應用的核心問題。本文采用異質(zhì)緩沖層和摻雜改性的方法，保持薄膜較高調(diào)諧率的同時顯著降

2、低介電損耗，提高BST薄膜介電調(diào)諧的協(xié)調(diào)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(jié)構(gòu)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(diào)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(shù)和調(diào)諧率也相應減小。優(yōu)化緩沖層厚度可以提高薄膜調(diào)諧率、損耗和漏電流的協(xié)調(diào)性，MgO為10 nm的BST薄膜調(diào)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(chǔ)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(diào)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(xiàn)"三角形"晶粒，斷面織構(gòu)從"塊狀"轉(zhuǎn)變?yōu)?柱狀

5、"結(jié)構(gòu)，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(diào)諧率。1.0 mol％Cr摻雜的樣品調(diào)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(diào)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(diào)諧器件領(lǐng)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(diào)諧性能。(Ba+Sr)/Ti比在0.87-1.00范圍的BST薄膜調(diào)諧率和損耗協(xié)調(diào)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