濺射法PST薄膜的誘導(dǎo)取向制備及介電性能研究.pdf

1、鐵電材料具有優(yōu)良的介電、壓電、鐵電、熱釋電及介電非線性等特性,其極化強(qiáng)度可隨外加電場(chǎng)呈非線性變化的性質(zhì)可用于制備微波可調(diào)元器件,如相控陣天線上的移相器、振蕩器、濾波器、延遲線等,應(yīng)用前景十分樂(lè)觀.就研究體系而言,目前主要集中在鈣鈦礦相鐵電材料,如鈦酸鍶鋇(BST)系列.最近Cross等發(fā)現(xiàn)鈦酸鍶鉛(Pb,Sr)TiO<,3>(PS+r)陶瓷具有較高可調(diào)性和相當(dāng)?shù)偷慕殡姄p耗,是一種非常適用于電場(chǎng)調(diào)節(jié)元件的材料.與BST相比,特別作為薄膜材

2、料,PST的電臨界尺寸較小,具有單一相變點(diǎn),晶化溫度較低,能更好的與微電子工藝相兼容,對(duì)推動(dòng)現(xiàn)代器件的小型化和集成化具有十分重要的意義.目前國(guó)內(nèi)外對(duì)PST的研究還處于剛起步階段,其性能尤其是薄膜的性能還遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)用要求,對(duì)PST薄膜進(jìn)行改性研究,通過(guò)新方法新思路提高PST薄膜的性能還有許多工作要做. 本文全面綜述了微波可調(diào)鐵電薄膜材料的研究發(fā)展,總結(jié)了薄膜材料的主要改性研究方法和取向薄膜的制備現(xiàn)狀,簡(jiǎn)要介紹了鐵電材料微波可調(diào)的基

3、本原理及其應(yīng)用,提出了利用取向誘導(dǎo)的思想結(jié)合溶膠凝膠法和射頻磁控濺射技術(shù)制備取向PST薄膜. 本文通過(guò)以溶膠凝膠法制備的取向PT作為誘導(dǎo)層,采用射頻磁控濺射工藝在PT誘導(dǎo)層上成功制備了高度(100)擇優(yōu)取向的鈣鈦礦相PST薄膜.用X射線衍射分析了其結(jié)晶情況和物相結(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. 結(jié)果表明,通過(guò)PT取向誘導(dǎo)層的使用可以為PST薄膜的結(jié)晶提供成核位置,降低

4、其成核勢(shì)壘,促進(jìn)其晶化并誘導(dǎo)出PST的擇優(yōu)取向,同等條件下制備的取向PST薄膜不僅晶相含量較非取向PST薄膜高,而且其介電性能優(yōu)于非取向PST薄膜. 取向PST薄膜的析晶與介電性能會(huì)受熱處理制度影響.在一定的溫度范圍內(nèi),隨著熱處理溫度的提高,薄膜的成核結(jié)晶能力增強(qiáng),晶粒尺寸變大,晶相含量增加,電容隨之增大,但過(guò)高的熱處理溫度會(huì)使PST晶核的成核速率過(guò)大而抑制晶粒的充分生長(zhǎng),降低PST的晶相含量和電容值.在一定高溫下,快速熱處理時(shí)

5、間的延長(zhǎng)將使初始階段形成的過(guò)量晶相向該溫度下晶相含量的平衡點(diǎn)靠近,晶相含量顯示出隨熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)而降低的趨勢(shì),在此過(guò)程中取向PST薄膜的相對(duì)晶體含量變化遠(yuǎn)大于非取向PST薄膜. 提高濺射功率可以增加轟擊靶材的Ar離子的能量,有更多的靶材粒子被轟擊沉積在基板上并堆積更為緊密,使PST薄膜的結(jié)晶性能得到改善,增加薄膜的晶相含量和晶粒尺寸,降低體系中的缺陷密度,PST的電容值和可調(diào)性隨之提高,介電損耗減小. PT誘導(dǎo)層厚度能