RuO2/Pt复合电极对BST梯度薄膜介电性能的影响

采用直流磁控溅射方法在Ti／SiO2／Si（100）衬底上制备RuO2／Pt复合电极,研究在复合电极上沉积的BST薄膜的微观结构及其对BST梯度薄膜电学性能的影响．实验结果表明：沉积在RuO2／Pt复合电极上的BST梯度薄膜在测试频率为100kHz时,介电常数为324．8,介电损耗为0．0189在75kV／cm外电场下漏电流密度为1．29×10^-6A／cm^2;在Pt电极和RuO2／Pt复合电极上分别制备的BST薄膜的介电损耗和漏电流基本上相似,没有太大的区别．但在375kV／cm外电场下RuO2／Pt复合电极上沉积的BST的介电调谐率为31．2％,比直接沉积在Pt上的BST的介电调谐率高7．4％,显示出较好的C—V特性．     

用于可调微波器件的介电Ba_xSr_(1-x)TiO_3薄膜研究

Ba_xSr_(1-x)TiO_3(BST)薄膜具备高的介电可调特性(介电常数在外加电场的作用下会发生改变)和低的介电损耗,这使得BST薄膜成为高速宽带可调微波器件(如相移器、可调带通和带阻滤波器、谐波发生器等)的首选材料,近年来受到世界各国多个研究小组的关注与研究.此研究工作报道采用成分梯度多层膜结构、受主掺杂和复合掺杂方法调控薄膜内部的应力以及电子结构,有效地优化BST薄膜的介电和电学等性能的最新进展.采用脉冲激光沉积(PLD)方法在MgO基片上制备高Sr组分的Ba0.02Sr0.98Ti O3薄膜.通过改善沉积生长的工艺条件,成功克服了MgO基片与薄膜之间大的晶格失配度(7%),在特定的温度和气压获得了外延生长BST薄膜.详细研究了(Ba0.8Sr0.2)(Ti1-xZrx)O3(BSTZ)薄膜的非线性介电特性,发现随着Zr含量的增加,薄膜介电调制率降低,薄膜的损耗和漏电流也显著减小.我们制备了具有不同成分梯度的BSTZ多层膜.介电特性研究表明,随成分梯度(gradients of composition)的增大,介电系数和介电可调性得到增强,铁电回线得到抑制;同时薄膜介电系数的温度稳定性有了显著改善....     

Mn掺杂PBST薄膜的溶胶-凝胶工艺制备及介电调谐性能

采用溶胶-凝胶工艺在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Mn掺杂的钛酸锶铅钡PBST铁电薄膜.探讨了掺杂后PBST薄膜的微观结构及其铁介电性能.实验结果表明:随着Mn的掺杂量的增加,PBST薄膜的晶化质量变好,介电常数、介电损耗和调谐量均有减小的趋势,其优值因子有显著的提高.在测定频率为1 MHz下,掺杂后的PBST薄膜介电常数和介电损耗呈下降趋势,薄膜的介电常数从未掺杂的1 250降低至掺杂后的610,同时介电损耗由0.095减小到0.033,当Mn为J4 mol％时,有最小的介电损耗0.033,虽然调谐量不是最高的,但有最大的优值因子(FOM),其微波介电综合性能有所改善.     

LaNiO_3缓冲层对Ba_(0.5)Sr_(0.5)TiO_3薄膜微结构和介电性能的影响

利用射频磁控溅射法,在Pt/Ti/SiO2/Si和LaNiO2/Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜.采用X-ray衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM),研究了两种衬底上BST薄膜样品的结晶性和表面形貌.结果表明:BST薄膜材料均为钙钛矿相,直接生长在硅衬底上的BST薄膜无择优取向,晶粒尺寸为20～30 nm,而LaNiO2缓冲层上生长的BST薄膜则为(100)择优取向,晶粒尺寸约为150～200 nm.室温下测试了薄膜的介电性能.研究结果表明,LNO缓冲层显著提高了BST薄膜的介电常数和介电可调率.     

多层结构钛酸锶铅薄膜及介电调谐与温度稳定性

在研究组分、溶胶浓度对钛酸锶铅(PST)薄膜结构、介电、调谐性能等影响的基础上,设计一种以低损耗-高调谐-低损耗组分交替沉积的方法,研制了三明治多层结构的PST薄膜(PST20-40-20).研究结果表明,这种三明治多层结构的薄膜表面致密,晶粒均匀,同时具有调谐率高、损耗低等特点,综合性能比单组分要好,其调谐率、优值分别为52和45.在20～100 ℃范围内调谐率变化幅度小于8%,提高了温度稳定性.     

Mg掺杂Ba（Zr0．25Ti0．75）O3薄膜的介电调谐性能

采用溶胶凝胶工艺,在Pt／Ti／SiO2／Si衬底制备了Mg掺杂Ba（Zr0．25Ti0．75）O3（BZT）薄膜．利用X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）分析测定了物相微结构和薄膜表面形貌,研究了Mg掺杂含量对BZT微结构和介电调谐性能的影响．结果表明Mg掺杂BZT使薄膜表面粗糙度、晶粒尺寸、介电常量、介电损耗和调谐量都降低;5mol％Mg掺杂BZT薄膜有最大的优值因子为16．3,其介电常数、介电损耗和调谐量分别为289．5、0．016和26．8％．     

BST薄膜的制备工艺与太赫兹介电特性测试

经过多组对比实验,通过XRD、AFM、SEM等表征手段优化了BST薄膜的制备工艺。结合BST基薄膜器件的电极制备、微结构加工制备了太赫兹频段电可调的频率选择表面。通过太赫兹测试系统验证了在太赫兹频段BST薄膜的可调性,在电场作用下通带频率可以从0.85THz调节到0.87THz,结合仿真研究给出了确定铁电薄膜在THz频段介电参数的方法。相关研究可用于精确测定铁电薄膜在THz频段的介电特性,为铁电薄膜功能器件的研制提供精确的介电参数测试方法。     

La、Cr掺杂对钛酸锶钡陶瓷调谐性能的影响

针对可调谐微波器件对材料高介电可调性与低介电损耗的性能需求，采用传统固相烧结法，设计并制备了具有优异调谐性能的施受主复合掺杂(Ba_0.675Sr_0.325)_1-0.005La_0.005Ti_1-xCr_xO₃(x=0.3%、0.5%、0.7%、1.0%)陶瓷。引入施主杂质La取代A位元素改善介电可调性，受主杂质Cr取代B位元素降低介电损耗，并改变施主/受主掺杂比，研究了施主/受主掺杂比对钛酸锶钡(BST)陶瓷微观结构与电学性能的影响规律。实验结果表明：随着受主杂质摩尔分数的增加，晶粒尺寸先增大后减小，致密度先提升后降低，即合适的施主/受主掺杂比更有利于试样的致密化；当Cr³⁺的摩尔分数为0.7%时，试样的调谐性能最佳，其介电可调性为83.6%,介电损耗为0.004 1,优值因子可达到204,此时，试样的击穿场强达到14 kV/mm。研究结果可为材料在强外加电场下使用稳定性提供参考。     

镁掺杂钛酸锶铅钡薄膜的介电调谐性能研究

采用Sol-Gel法在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备出未掺杂和掺杂Mg的（Ba0.5Sr0.5）0.85Pb0.15-TiO3薄膜．采用XRD、SEM和Agilent 4294A精密阻抗分析仪研究了Mg掺杂量对薄膜的结晶性,表面形貌和介电性能的影响．结果表明：随着Mg掺杂量的增加,PBST薄膜的介电常数减小,介电损耗降低,介电调谐量先减少后增加．当Mg掺杂量为0．8mol％时,PBST薄膜具有最大的优值因子．     

PLD法制备BST薄膜及其介电性能研究

采用脉冲激光沉积法制备Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3(BST)薄膜;研究不同氧压下的BST薄膜的介电性能.结果表明,当沉积温度为680℃时不同氧压下的BST薄膜均择优(210)面取向生长;氧压为0.01Pa时取向因子稍大,为0.6637;当氧压从0.1 Pa变化到0.001 Pa时薄膜的平均粒径增大.介电常数增大.     

退火对非晶Al2O3高k栅介质薄膜特性的影响

利用射频反应溅射方法制备了Al2O3非晶薄膜,用椭圆偏振仪获得了薄膜的厚度,用高频C-V和变频C-V及J-V测量了薄膜的电学特性,用X射线以衍射(XRD)检测了薄膜的结构,用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌.实验得到了电学特性优异的薄膜样品,对薄膜的退火研究发现,氮气低温退火使Al2O3薄膜的介电常数得到了提高并使漏电流特性得到了改善.可以认为,氮气退火消除了薄膜中原有的缺陷,并使得薄膜更加致密是主要的原因,而过高温度的退火会导致氧化铝中少量的氧的损失,从而导致了氧化铝层中固定电荷密度的增大,进而出现了大的平带电压.XRD显示样品的非晶特性非常稳定,AFM显示薄膜表面非常平整,能够满足大规模集成电路短期的发展需要.     

BST/MgO复合陶瓷的结构和介电性能

采用陶瓷烧结工艺制备了BST/MgO复合陶瓷,研究了不同MgO含量对材料微观结构和介电性能的影响.实验结果表明:BST/MgO复合陶瓷中只存在BST和MgO两相,Mg元素大部分以MgO独立相的形式存在,少部分固溶到BST晶格中;加入MgO有细化晶粒的作用,使晶粒大小更均匀;BST/MgO复合陶瓷比纯BST的相对介电常数和介电损耗均有明显下降,随着MgO质量分数的增加,相对介电常数下降,介电损耗略有增加.当频率为1 MHz,MgO质量分数为20%时,相对介电常数和损耗分别为315和0.004 8.     

BST薄膜的湿法化学刻蚀工艺优化及应用初探

采用sol-gel法在SiO2/Si衬底上制备了Ba0.7Sr0.3TiO3(BST)薄膜.利用湿法化学刻蚀技术对BST薄膜进行图形化.通过实验结果对比,选择HF/HNO3/H2O2/H2O(体积比为1∶20∶50∶20)的混合液作为最佳刻蚀液.扫描电镜(SEM)结果表明,刻蚀后BST薄膜表面干净,无残留物,图形轮廓清晰.原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)结果显示,刻蚀后BST薄膜表面粗糙度增大,结晶性退化.对刻蚀后的薄膜在600℃后退火处理,能要在一定程度上恢复其表面形貌和结晶性.应用优化工艺制备BST薄膜阵列,采用剥离法将Au,Ni/Cr和Pt/Ti电极进行微图形化.最后,成功地制备了Au/Ni/Cr/BST/Pt/Ti/SiO2/Si结构的8×8元的红外探测器阵列.     

Dielectric properties of low dielectric constant Ba0.60Sr0.40Mg0.15Ti0.85O3-Mg2TiO4 composite thin films for tunable applications

Ba0.60Sr0.40Mg0.15Ti0.85O3-xmol%Mg2TiO4 （x = 0-40 mol%） （BSTM-MT） composite thin films were fabricated by sol-gel method. The precursor solution of these composite thin films was prepared through mixing the Ba0.80Sr0.40Mg0.15Ti0.85O3 and Mg2TiO4 solution. The microstructures and dielectric tunability of composite thin films were investigated. The dielectric constant of composite thin films can be tailored from 155 to 55 by changing the concentration of Mg2TiO4. The dielectric loss of these composite thin films were still kept below 0.01 and the tunability was above 20% at a dc-applied electric field of 500 kV/cm. Suitable dielectric constant, low dielectric loss, and high tunability of this kind of composite thin films can be useful for potential microwave tunable applications.     

氮气氛围下热处理的Na（0.5）Bi（0.5）TiO3薄膜的低温介电性能研究

采用溶胶凝胶法在LiNaO3（LNO）衬底上制备Na0.5Bi0.5TiO3（NBT）薄膜.部分NBT薄膜在氮气氛围下进行了热处理,记为NBT-N2.在100～400 K的温度范围内,测量了NBT-N2的介电性能.NBT-N2薄膜的介电频谱中出现了损耗峰,存在弛豫现象.利用Arrhenius公式拟合弛豫所对应的激活能,发现在NBT-N2薄膜中存在2个热激活过程：一个对应氧空位电离引入的极化子的跳跃跃迁;另一个对应导电电子与偏离氧八面体中心的Ti离子之间的耦合.此外,采用复阻抗谱分析了NBT-N2薄膜中的介电弛豫过程,在测试温度范围内,随着温度的升高,该弛豫过程逐渐趋向于理想的德拜模型.     

具有组分梯度的复合体系的介电响应

利用二次均质化的近似理论,研究具有组分梯度复合膜的有效介电响应,推导梯度复合膜的有效介电常数。首先,运用Bruggman有效媒质理论,得到梯度膜的z层的等效介电常数。其次,均质化整个梯度膜,求出整个梯度膜的有效介电常数。为突出梯度效应,研究在相同总体积分数的情况下,梯度构型p（z）=a（z/w）m对梯度复合膜的有效介电常数的影响。     

化学计量对Ba1-xSrxTiO3薄膜介电性能的影响

采用脉冲激光沉积法，在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了Ba1-xSrxTiO3薄膜，通过改变Sr化学计量，研究了其介电性质．实验结果发现：随着Sr化学计量的增加，薄膜的介电系数明显增大，而损耗仍然保持在较低的水平．研究表明：薄膜介电系数的增大是由于薄膜中颗粒尺寸的减小，导致了居里温度的降低．另外，C-V特性研究发现：随着Sr化学计量的增加，薄膜的电容调谐度也有所提高．     

Nd掺杂BST薄膜的微结构与光学特性研究

用改进的溶胶-凝胶技术,在硅和石英衬底上制备了不同浓度的Nd掺杂Ba0.80Sr0.20TiO3薄膜,应用XRD和SEM表征了薄膜的晶化行为和微观形貌.测试发现700℃退火后,薄膜晶化情况良好,具有典型的多晶钙钛矿结构,表面致密,无裂纹和孔洞,晶粒生长均匀,随着Nd掺杂量的增加,晶粒尺寸逐渐减小.在200~1 000 nm的波长范围内测试了薄膜的透射谱,用"包络法"计算了薄膜的折射率,薄膜折射率与波长呈现典型的电子带间跃迁的色散关系,波长为400 nm时,1%Nd(按物质的量计算百分比)掺杂的BST薄膜的折射率为2.06,小于纯BST薄膜的折射率2.10,这是由于Nd掺杂引起薄膜内部应力变化造成薄膜折射率降低.由吸收谱和Tauc关系确定了Nd掺杂对薄膜的光学带隙的影响.