鈦酸鍶鋇介電調(diào)諧薄膜的FE受主摻雜改性及TIO2緩沖層效應(yīng)

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1、上海大學(xué)碩士學(xué)位論文鈦酸鍶鋇介電調(diào)諧薄膜的Fe受主摻雜改性及TiO<,2>緩沖層效應(yīng)姓名：龔佳申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：材料物理與化學(xué)指導(dǎo)教師：程晉榮20080501上海大學(xué)碩+學(xué)位論文摘要鈦酸鍶鋇(BaxSrl．。Ti03)具有介電常數(shù)較大且隨外加直流偏置電場的變化而變化的特點，所以被廣泛用作相控陣雷達天線中介質(zhì)移相器的材料。BST薄膜用作微波調(diào)諧材料時，要求盡量高的調(diào)諧率和較小的介電損耗，從而降低器件的插入損耗，提高響應(yīng)速度和靈敏度。本文通過對BST薄膜摻雜改性和引入Ti02緩沖層，使BST薄膜在保持一定調(diào)諧率的同時降低介電損耗，提高了綜合介電性能。采用脈沖激光沉積工

2、藝(PLD)在Pt／Ti／Si02／Si襯底上制備了不同F(xiàn)e摻雜量的BSFT薄膜。結(jié)果表明，F(xiàn)e離子作為受主摻雜劑進入BST晶格，使BSFT薄膜受張應(yīng)力作用，適量的Fe摻雜能補償氧空位的施主行為，提高BST薄膜的勢壘高度，降低介電損耗和漏電流密度。Fe摻雜量為0．3t001％的BSFT薄膜在1MHz、300kV／cm下的介電損耗、調(diào)諧率和優(yōu)值分別為：0．88％、44％和50．2。同時，F(xiàn)e離子摻雜提高了BST薄膜介電調(diào)諧率的溫度穩(wěn)定性。S01．gel工藝制備的Ti02呈金紅石相；采用PLD工藝，用金屬Ti靶得到了無定形態(tài)的Ti02緩沖層，用陶瓷Ti02靶制備的Ti02則

3、為板鈦礦結(jié)構(gòu)。較高的Ti02沉積溫度和沉積氧壓均有助于提高BST／Ti02異質(zhì)結(jié)構(gòu)的綜合介電性能。無論采用金屬Ti靶還是陶瓷Ti02靶，在優(yōu)化工藝條件下，BST／Ti02異質(zhì)結(jié)構(gòu)的介電調(diào)諧性能都得到了相同程度的提高。用PLD工藝制備的BST／Ti02異質(zhì)結(jié)構(gòu)的介電調(diào)諧性能優(yōu)于用溶膠．凝膠工藝制備Ti02緩沖層的BST／Ti02薄膜。在200kV／cm、1MHz下，BST／Ti02薄膜的調(diào)諧率達到38．5％，損耗為O．87％，優(yōu)值為44．2，比無緩沖層BST薄膜的優(yōu)值提高了1倍。關(guān)鍵詞：鈦酸鍶鋇，F(xiàn)e摻雜，Ti02緩沖層，介電調(diào)諧V上海大學(xué)碩十學(xué)位論文ABSTRACTBa

4、riumstrontiumtitanate(BST)hasbeenwidelyusedasmaterialsforphaseshiffersbecauseofitslargedielectricnonlinearity．BSTthinfilmswithhiglltunabilityandlowdielectriclossareneededformicrowavetunabledevicesSOastodecreasetheinsertionlossandimprovethesensitivity．Inthisthesis，dielectriclossofBSTthinf

5、ilmshasbeendecreasedbyacceptordopantsandTi02bufferlayerswhilemaintaininghightunability．Thus，thecomprehensivedielectricpropertieshavebeenimproved．Ba0．6St0．4T103thinfilmswithdifferentFecontentswerepreparedonPt／Ti／Si02／Sisubstratesbypulsedlaserdeposition(PLD)method．Asacceptordopants，F(xiàn)e3+ion

6、smayenterthelatticeofBST,compensatethedonoractionofoxygenvacanciesduringannealingprocessathi曲temperatureandincreasethebarrierheight．TheBSFTthinfilmsweremainlyaffectedbythetensilestressresultingfromthethermalmisfit．Thus，thedielectriclossandleakagecurrentdensityweredecreased．BSFTthinfilmsw

7、ith0．3m01％Fedopantsrevealthemuchimprovedloss，tunabilityandfigureofmerit(FoM)of0．88％，44％and50．2(1MHz，300kV／cm)．TheF，+ionsalsoimprovedthetemperaturestabilityoftunability．Ti02bufferlayerspreparedbysol—gelmethodwererutilestructure．MetalTitargetandceramicTi02targetWasusedforPL