三元系鈦酸鋇鍶鈣（BSCT）薄膜的介電調(diào)諧特性及其熱穩(wěn)定性.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(hào)介電常數(shù)較大，并隨外加直流偏壓的改變而顯著變化，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(shí)往往伴隨著損耗的上升和材料溫度穩(wěn)定性的下降。介電損耗嚴(yán)重影響著調(diào)諧器件的插入損耗和移相/噪聲比，而介電常數(shù)和調(diào)諧率隨溫度的變化使調(diào)諧器件對(duì)外界環(huán)境要求較高。因此，使調(diào)諧率、介電低損耗和溫度穩(wěn)定性相協(xié)調(diào)是非線性介

2、電薄膜微波調(diào)諧應(yīng)用的核心問題。本文使用鈣置換BST材料中的鋇和鍶，來(lái)探索在調(diào)諧率、介電損耗和溫度穩(wěn)定性具有較好協(xié)調(diào)性的(Ba<,1-x-y>Sr<,x>Ca<,y>)TiO<,3>(BSCT)薄膜組分。 本文以Ba<,0.6>Sr<,0.4>TiO<,3>組分為基礎(chǔ)，采用溶膠-凝膠(Sol-gel)工藝在Pt(111)/Ti/SiO<,2>/Si(111)襯底上制備了不同Ca含量的三元系Ba<,0.6>Sr<,0.4-x>Ca<

3、,x>TiO<,3>系列薄膜，研究了薄膜的結(jié)構(gòu)、介電及調(diào)諧性能、漏電流和溫度特性。XRD圖譜顯示，x=0.3時(shí)，Ba<,0.6>Sr<,0.4-x>Ca<,x>TiO<,3>薄膜不能完全固溶，出現(xiàn)了CaTiO<,3>的(111)峰。Ba<,0.6>Sr<,0.4-x>Ca<,x>TiO<,3>薄膜的介電常數(shù)和調(diào)諧率隨著Ca含量的增加而減小，損耗和漏電流在x小于0.15前隨著Ca含量的增加而減小，當(dāng)Ca含量繼續(xù)增加時(shí)損耗和漏電流開始變大。

4、Ca<'2+>離子的引入有效的壓低和寬化了BSCT薄膜的居里峰，并且隨著Ca含量的增加Sr含量的減小引起的Ba/Sr比的增加，薄膜的居里峰向高溫方向移動(dòng)。 在此基礎(chǔ)上，本文繼續(xù)以Ba<,0.6>Sr<,0.4>TiO<,3>組分為基礎(chǔ)，研究了屬于立方相區(qū)域的：Ba<,0.6-x>Sr<,0.4>Ca<,x>TiO<,3>和(Ba<,0.6>Sr<,0.4>)<,1-x>Ca<,x>TiO<,3>兩個(gè)系列薄膜的結(jié)構(gòu)、介電及調(diào)諧性能

5、、漏電流和溫度特性。XRD分析中看到，這兩個(gè)系列的不同組分的BSCT薄膜均能形成單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，薄膜的晶格常數(shù)隨Ca含量的增加而減小。FE-SEM圖像表明薄膜表面光滑、致密，無(wú)裂紋，厚度均勻，厚度約為500nm。薄膜的介電常數(shù)、損耗、調(diào)諧率和漏電流都隨著Ca含量的增加而減小。且薄膜的品質(zhì)因子保持穩(wěn)定并有小幅的提升。各組分BSCT薄膜C-V曲線有較好的對(duì)稱性，且未顯示出明顯的鐵電“蝶型”，表明在室溫下各組分薄膜主要表現(xiàn)為立方順電相。各組