立方燒綠石結(jié)構(gòu)BZN薄膜的制備及介電可調(diào)性研究.pdf

1、Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7(BZN)是一種立方燒綠石結(jié)構(gòu)的微波介質(zhì)材料，由于其具有較高的介電常數(shù)，極低的損耗，并且介電常數(shù)可通過外加電場(chǎng)來調(diào)節(jié)（即介電可調(diào)性能），使得它在電可調(diào)微波集成器件上有著廣闊的應(yīng)用前景，正成為國際上研究的熱點(diǎn)。本文采用磁控濺射法制備 BZN薄膜，系統(tǒng)地研究了濺射法制備 BZN薄膜的工藝參數(shù)，以及不同制備條件對(duì)薄膜組分、結(jié)構(gòu)及性能的影響，并對(duì)BZN薄膜的介電性能、可調(diào)性作了較全面的描述。本文的工作重點(diǎn)采用在

2、靶材中過量Zn的方法，以補(bǔ)償薄膜制備過程中Zn離子的大量損失，而獲得高介電常數(shù)、低損耗和高可調(diào)率的BZN薄膜。主要結(jié)果如下：
　　1.通過傳統(tǒng)固相反應(yīng)方法制備BZN靶材，詳細(xì)研究了排膠工藝對(duì)BZN靶材的結(jié)構(gòu)和密度的影響，進(jìn)而確定了靶材的制備工藝：48h升溫至500℃并保溫2h進(jìn)行排膠，繼續(xù)升溫8h至1050℃并保溫3h燒結(jié)成型。分析表明靶材結(jié)晶良好，無雜相，相對(duì)密度為92.6％。
　　2.采用磁控濺射法在Pt/Si(100)

3、基片上制備Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7薄膜。系統(tǒng)的研究了濺射氣壓、Ar/O2比、沉積溫度、退火溫度和外加偏壓等對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和表面形貌的影響，優(yōu)化了制備BZN薄膜的工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)在總氣壓為4Pa，Ar/O2比4/1，襯底溫度為600℃下生長，并在750℃下進(jìn)行原位退火30min的BZN薄膜為(222)擇優(yōu)取向的立方燒綠石結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為10.54?，薄膜晶粒尺寸均勻，平均晶粒尺寸為170nm，表面平整，RMS=7.494nm。

4、　　3.提出了采用在靶材中加入過量的ZnO以彌補(bǔ)薄膜生長過程中Zn離子的損失，以改善BZN薄膜的介電性能的方法。實(shí)驗(yàn)表明，采用ZnO過量的靶材制備的BZN薄膜的介電常數(shù)會(huì)有所降低，但薄膜的介電損耗、耐壓性和可調(diào)率都得以大幅提升。
　　4.詳細(xì)研究了濺射氣壓、沉積溫度、退火溫度對(duì)BZN薄膜介電性能的影響。在優(yōu)化的條件下制備的BZN薄膜擁有較好的介電性能：薄膜的介電常數(shù)為162，損耗角正切為0.002，并且表現(xiàn)了一定的介電常數(shù)可調(diào)性，