基于BST薄膜移相器的设计与材料研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:anny250
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钛酸锶钡(Ba1-xSrxTiO3,BST)薄膜因其具优良的铁电、介电和热释电等性能,用途十分广泛,近年来受到人们的普遍关注。基于BST铁电薄膜介电调谐概念的微波调谐器件,有望在未来微波集成电路(MIC)和军用通讯中得到重要应用而得到国际上的重视;其中由于移相器在相控阵雷达上的重要应用而成为各国研究的热点内容。材料研究方面,如何进一步提高BST薄膜的调谐率、降低介电损耗是目前该领域的研究热点内容。人们已采用多种方法来获得高性能的BST薄膜,包括磁控溅射法,脉冲激光沉积法,金属有机化学气相沉积法,化学溶液沉积法等;其中化学溶液沉积(chemical solution deposition,CSD)法因其具有成本低、化学计量比准确、工艺简单、易于大面积制备等优点,广泛应用于薄膜材料的制备。但是,用CSD方法制备的BST薄膜与物理沉积方法(如脉冲激光沉积)获得的薄膜性能相比还有一定的差距。本论文使用CSD法通过掺杂的手段来改善BST薄膜物性,以提高BST薄膜的介电性能。具体内容如下:   1、采用CSD方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了B位Mn掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜。结果表明,掺入3% mol Mn后,薄膜的晶粒尺寸变小,致密度和结晶度有所提高。室温1MH频率下测得薄膜的调谐率和介电损耗分别由未掺杂的20.3%和0.045改善为38.8%和0.020,并对薄膜介电性能改善的机理进行了解释。   2、研究了A位K掺杂对Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜微结构和性能的影响。结果表明,掺入K后,薄膜的晶粒尺寸变大,且居里温度向高温方向移动。掺杂优化浓度为2%mol,室温1MH频率下测得薄膜的调谐率和介电损耗分别由未掺杂的23%和0.045提高到49%和0.020,主要研究了材料微结构对薄膜性能造成的影响。   3、基于上述研究的BST薄膜材料,设计了几种不同结构的BST薄膜移相器,并用电磁仿真软件对移相器的结构和性能进行了模拟与优化。
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