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文档简介

铁电及介电薄膜材料在电调谐微波器件上的应用 余汉祥 微波可调谐器件 工作频率或带宽阻抗等参数可受外界因素 比如机械力场 电场磁场等 调控的微波器件 包括可变电容谐振器滤波器 移相器 延迟线 压控振荡器 阻抗匹配网络等 铁电薄膜材料 BST 的优点 1 高介电常数 102 103 2 小型化的器件3 高可调谐率 可达90 以上 4 调谐速度快 纳秒级 5 铁电居里温度可调节6 消耗功率低7 工艺与半导体工艺兼容 位移型铁电体 BST属于位移型铁电体 对应的是位移型相变 即由于原子的非谐振动 其平衡位置相对于顺电相可以发生偏移 从而导致自发极化 BST是典型的钙钛矿结构 钙钛矿结构 BST薄膜制备 CPL技术 采用高功率的准分子激光器或CO2激光器产生脉冲激光束照射靶材烧蚀剥离出分子或分子团并沉积在加热的衬底基片上形成薄膜 BST薄膜性能的优化 FOM为品质因子 衡量材料的综合介电性能 该式表明可调微波器件用的铁电材料在介电性能方面必须同时具有尽可能大的介电调谐率以及尽可能小的介电损耗 掺杂 对BST薄膜的掺杂研究通常是为了获得更低的介电损耗和漏电流 掺杂离子占据B位 成为受主掺杂 可以中和氧空位的施主行为 减小BST薄膜中的电子浓度 增大BST薄膜 电极界面的肖特基势垒高度或者增大耗尽层宽度促使肖特基电子发射电流或者隧穿电流减小 组分梯度变化多层膜 构造组分梯度变化的BST多层薄膜可以获得比组分均匀的BST单层薄膜大近3倍的介电调谐率 具有组分梯度变化的BST多层薄膜的介电性能具有更佳的温度稳定性 可在更宽的温度范围内同时具有高的调谐率和低的介电损耗 纳米铁电多层薄膜 利用合适的衬底控制薄膜的厚度改变薄膜的应变可提高外延薄膜的铁电居里温度和极化强度 铁电超晶格或纳米铁电多层薄膜存在薄膜 衬底 薄膜 薄膜等界面介电铁电增强效应十分明显 纳米铁电多层薄膜可采用几十纳米的层厚 因而制备纳米铁电多层薄膜不需要复杂的设备 工艺简单 可适用于规模化生产 新型介电薄膜材料 Bi2O3 ZnO Nb2O5 BZN 薄膜也具有介电常数随电场非线性变化的特性 其具有典型的绿石型相结构 新型介电薄膜材料 BZN的突出优点是即使在微波波段损耗依然很低 BNZ薄膜的温度系数也较低 而且不同组分的BNZ薄膜分别具有正的 负的温度系数 通过构造多组分多层膜有可能得到温度系数接近零的介电薄膜 在微波领域有很好的潜在应用前景 展望 利用纳米铁电多层薄膜的调控技术 结合掺杂改性效应 对具有组分梯度变化的纳米铁电多层薄膜的制备工艺进行科学设计 掌握纳米铁电BST多层薄膜的微结构及界面特性与其介
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