濺射法制備高介電性能鈦酸鍶鋇薄膜的研究及微波開關(guān)的研制.pdf

1、鈦酸鍶鋇（BaSrTiO3，BST）薄膜由于其高介電常數(shù)、低漏電流密度、低介電損耗和介電可調(diào)等特性，在隨機(jī)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器、微波器件及紅外成像等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，其制備工藝也是近十幾年來(lái)的研究熱點(diǎn)。射頻磁控濺射法可以制備高致密度均勻的薄膜，然而國(guó)內(nèi)用濺射法制備BST薄膜的研究相對(duì)較少。本文采用高真空低濺射速率的射頻磁控濺射設(shè)備在室溫下沉積BST納米薄膜，研究其制備工藝與性能的關(guān)系，并用微細(xì)加工方法制成了MIM（金屬-絕緣體-金屬）結(jié)構(gòu)的

2、電容，在直流偏壓下及微波頻率范圍內(nèi)測(cè)量其介電性能。 為進(jìn)一步研究BST薄膜在微波器件上的應(yīng)用，設(shè)計(jì)并研制了微波橋式電容式開關(guān)，探索了開關(guān)的制備工藝，并成功研制了兩種結(jié)構(gòu)的微波開關(guān)。通過調(diào)整靶材成分和濺射氣氛控制沉積薄膜的化學(xué)成分，采用含過量Ba、Sr的靶材Ba0.8Sr0.8TiO3可以制得符合化學(xué)計(jì)量比的薄膜。研究發(fā)現(xiàn)在通氧氣氛濺射過程中，氧負(fù)離子對(duì)沉積薄膜有反濺射作用，使薄膜成分偏離了化學(xué)計(jì)量比，退火后，經(jīng)XRD分析薄膜內(nèi)存

3、在非鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)；在無(wú)氧氣氛濺射過程中，濺射薄膜成分符合化學(xué)計(jì)量比，經(jīng)750℃×30min氧氣保護(hù)熱處理后，獲得結(jié)晶性較好的鈣鈦礦相，在AFM和TFESEM下觀察到均勻的等軸晶。 應(yīng)用BST薄膜研制MIM結(jié)構(gòu)電容，應(yīng)用Agilent4156C半導(dǎo)體參數(shù)儀測(cè)量膜厚分別為200nm、150nm、90nm和50nm的BST薄膜的介電常數(shù)分別為1017、546、407 和73。用AgilentE4991A射頻阻抗材料分析儀在2GHz微波

4、頻率下， 測(cè)得90nm和50nmBST薄膜的電容值分別為1.42pF和0.62pF。在0.1MV/cm下測(cè)得對(duì)應(yīng)的漏電流密度分別為5.35×10-8 A/cm2和6×10-6 A/cm2。 微波橋式開關(guān)可應(yīng)用于移相器、天線，是微波器件中的基本單位。根據(jù)HFSS 軟件仿真結(jié)果，設(shè)計(jì)共面波導(dǎo)中心信號(hào)線為120μm，信號(hào)線與地線間隙為95μm，特征阻抗與50? 匹配。用Ansys 軟件模擬橋式開關(guān)，發(fā)現(xiàn)開關(guān)的開啟電壓對(duì)橋膜的厚度敏感，