论文部分内容阅读
BST薄膜因其介电常数随外加电场变化呈现出非线性关系而成为现有的发展微波调谐器件的一种重要的候选材料。本论文采用改进的溶胶凝胶法在添加STO薄膜的基础上,制备了K、Mg单一掺杂及复合掺杂的异质多层BST薄膜,借助XRD、SEM及C-V测试对薄膜的微观结构和介电性能进行分析,并重点对K和Mg的掺杂浓度和掺杂方式进行优化研究,研究成果如下:1.添加STO薄膜层后,BST薄膜的(110)特征峰右移,平均晶粒尺寸变小,薄膜表面晶粒分布更加均匀,致密程度增加,薄膜介电损耗大幅度下降,综合介电性能明显提升。2.在不同的薄膜结构下进行5mol%K和Mg的单一掺杂研究,结果表明掺杂后薄膜的介电损耗均大幅度下降。在BST/STO/BST三明治7层结构下5mol%Mg掺杂的BST多层薄膜在10V偏压下介电损耗下降至0.02左右,优质系数18.1,而5mol%K掺杂的薄膜保持了相对较高的调谐率,优质系数达到22.3。在STO/BST/STO结构下,5mol%Mg掺杂的BST多层薄膜10V偏压下介电调谐率下降至21.9,介电性能有所下降,而5mol%K掺杂的薄膜在10V偏压下不仅调谐率增加到了41.2%,介电损耗也下降至0.012,优质系数达到34.3。3.在BST/STO/BST结构下对K和Mg的复合掺杂进行创新性研究,并在掺杂方式和掺杂浓度上进行优化。5mol%K和Mg复合掺杂的K&Mg/STO薄膜在5mol%Mg单一掺杂的基础上介电调谐率有所提升,优质系数为16.2。保持K和Mg的总掺杂浓度为5mol%不变,4mol%K和1mol%Mg复合掺杂的薄膜具有最佳的综合介电性能,10V偏压下的介电调谐率高达51.7%,介电损耗下降至0.011,优质系数达到47。保持K掺杂浓度为1mol%条件下,Mg掺杂浓度过高将使得薄膜介电调谐率不断减小,当Mg掺杂浓度为3mol%时复合掺杂BST多层薄膜综合介电性能最好,在10V偏压下的介电调谐率和介电损耗分别为40%和0.011,优质系数达到36.4。在低浓度掺杂优化研究中,当K和Mg的掺杂浓度均为2mol%时复合掺杂多层BST薄膜的综合介电性能大幅度提升,10V偏压下薄膜的介电调谐率达到52.3%,而介电损耗在0.008~0.014之间,优质系数高达65.4,完全满足微波调谐应用的需求。