壓控振蕩器用BST薄膜及其變容管微細加工研究.pdf

1、典型的鈣鈦礦結構的鈦酸鍶鋇(BaxSr1-xTiO3)材料具有極強的非線性介電性質，其介電常數(shù)隨外加直流偏壓變化，利用這種性質可制成薄膜介質變容管。鈦酸鍶鋇薄膜介質變容管易于與微波電路集成，能有效減小電路體積，可應用于壓控振蕩器中。壓控振蕩器用鈦酸鍶鋇薄膜要求一定的介電可調率、較低的介電損耗，從而提高整個器件的Q值，降低相位噪聲。 本論文針對壓控振蕩器用鈦酸鍶鋇薄膜的性能要求，對薄膜性能進行優(yōu)化，并對薄膜介質變容管的微細加工進行

2、了研究，主要內容和結果如下： 1、優(yōu)化射頻磁控濺射工藝，制備了低損耗Ba0.5Sr0.5TiO3(BST)薄膜材料。研究表明，Mn2+摻雜能夠補償BST薄膜中的氧缺陷，降低薄膜的介電損耗。本論文通過分析襯底表面沉積粒子的能量狀態(tài)，對濺射工藝條件如基片溫度、濺射功率、總氣壓等進行優(yōu)化，在Pt/Ti/Al2O3(0001)襯底上制備了調諧率為～50％、損耗＜1％的Mn2+摻雜BST薄膜。 2、采用SiN緩沖層進一步降低BST

3、薄膜的介電損耗。由于SiN具有極低的介電損耗，在BST薄膜上制備SiN薄層能夠在上電極與BST薄膜之間形成一個良好的阻擋層，從而顯著降低薄膜的漏電流，薄膜的介電損耗也隨之降低。研究表明，BST/SiN薄膜的介電損耗隨著SiN薄層厚度的增加而降低。當SiN層厚度與BST薄膜厚度之比達到0.2時，薄膜的介電損耗降到0.49％，薄膜的優(yōu)質因子達到50.1，薄膜的介電可調與介電損耗達到了較好的折中。采用電容串聯(lián)模型分析了BST/SiN薄膜介電可

4、調與介電損耗隨SiN厚度增加而降低的規(guī)律。 3、采用氧等離子體處理BST薄膜表面以改善其介電性能。氧等離子體表面處理能夠降低薄膜表面污染，減少薄膜表面缺陷。實驗發(fā)現(xiàn)，當氧等離子體處理功率在200W以下時薄膜的介電損耗和介電常數(shù)都會下降，經過200W氧等離子處理5分鐘后的BST薄膜的介電損耗從2.4％降低到1.1％。而當氧等離子體處理功率大于200W時，由于薄膜表面變得十分粗糙，薄膜的介電損耗反而上升。 4、采用微細加工技