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钛酸锶钡(Ba<,1-x>Sr<,x>TiO<,3>，BST)是典型的非线性电介质材料。其交变小信号介电常数较大，并随外加直流偏压的改变而显著变化，因而有望成为电可调射频/微波集成器件的关键材料。然而，大量研究表明调谐率提高的同时往往伴随着损耗的上升和材料温度稳定性的下降。介电损耗严重影响着调谐器件的插入损耗和移相/噪声比，而介电常数和调谐率随温度的变化使调谐器件对外界环境要求较高。因此，使调谐率、介电低损耗和温度稳定性相协调是非线性介电薄膜微波调谐应用的核心问题。本文使用钙置换BST材料中的钡和锶，来探索在调谐率、介电损耗和温度稳定性具有较好协调性的(Ba<,1-x-y>Sr<,x>Ca<,y>)TiO<,3>(BSCT)薄膜组分。
本文以Ba<,0.6>Sr<,0.4>TiO<,3>组分为基础，采用溶胶-凝胶(Sol-gel)工艺在Pt(111)/Ti/SiO<,2>/Si(111)衬底上制备了不同Ca含量的三元系Ba<,0.6>Sr<,0.4-x>Ca<,x>TiO<,3>系列薄膜，研究了薄膜的结构、介电及调谐性能、漏电流和温度特性。XRD图谱显示，x=0.3时，Ba<,0.6>Sr<,0.4-x>Ca<,x>TiO<,3>薄膜不能完全固溶，出现了CaTiO<,3>的(111)峰。Ba<,0.6>Sr<,0.4-x>Ca<,x>TiO<,3>薄膜的介电常数和调谐率随着Ca含量的增加而减小，损耗和漏电流在x小于0.15前随着Ca含量的增加而减小，当Ca含量继续增加时损耗和漏电流开始变大。Ca<2+>离子的引入有效的压低和宽化了BSCT薄膜的居里峰，并且随着Ca含量的增加Sr含量的减小引起的Ba/Sr比的增加，薄膜的居里峰向高温方向移动。
在此基础上，本文继续以Ba<,0.6>Sr<,0.4>TiO<,3>组分为基础，研究了属于立方相区域的：Ba<,0.6-x>Sr<,0.4>Ca<,x>TiO<,3>和(Ba<,0.6>Sr<,0.4>)<,1-x>Ca<,x>TiO<,3>两个系列薄膜的结构、介电及调谐性能、漏电流和温度特性。XRD分析中看到，这两个系列的不同组分的BSCT薄膜均能形成单一的钙钛矿结构，薄膜的晶格常数随Ca含量的增加而减小。FE-SEM图像表明薄膜表面光滑、致密，无裂纹，厚度均匀，厚度约为500nm。薄膜的介电常数、损耗、调谐率和漏电流都随着Ca含量的增加而减小。且薄膜的品质因子保持稳定并有小幅的提升。各组分BSCT薄膜C-V曲线有较好的对称性，且未显示出明显的铁电“蝶型”，表明在室温下各组分薄膜主要表现为立方顺电相。各组分BSCT薄膜的介电常数和调谐率随温度的变化曲线显示Ca<2+>离子的引入有效的压低和宽化了BSCT薄膜的居里峰，薄膜的温度稳定性随着Ca含量的增加得到了显著的提高。