鉍基焦綠石鈮酸鉍鎂材料結(jié)構(gòu)及薄膜的介電性能研究.pdf

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1、電子科技大學(xué)UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士學(xué)位論文DOCTORALDISSERTATION論文題目鉍基焦綠石鈮酸鉍鎂材料結(jié)構(gòu)及薄膜的介電性能研究學(xué)科專業(yè)微電子學(xué)與固體電子學(xué)201011030221高莉彬?qū)W號(hào)作者姓名指導(dǎo)教師李言榮教授 分類號(hào)密級(jí)注1UDC學(xué)位論文鉍基焦綠石鈮酸鉍鎂薄膜的結(jié)構(gòu)及介電性能研究（題名和副題名）高莉彬（作者姓名）指導(dǎo)教師李言榮教授成都電子科技大學(xué)（姓名、職稱、單位名稱）申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別提交論文日期博士學(xué)科專業(yè)微電

2、子學(xué)與固體電子學(xué)2014.04論文答辯日期2014.05.28學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)2014年6月30日答辯委員會(huì)主席肖定全評(píng)閱人彭暉、敖建平、張群、陳遠(yuǎn)富、楊成韜注1：注明《國際十進(jìn)分類法UDC》的類號(hào)。 INVESTIGATIONOFSTRUCTUREANDDIELECTRICPROPERTIESOFBISMUTHMAGNESIUMNIOBATECUBICPYROCHLORESADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienc

3、eandTechnologyofChinaMajor:MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAuthor:Advisor:LibinGaoProf.YanrongLiSchool:SchoolofMicroelectronnicsandSolid-StateElectronics 獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包

4、含為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。作者簽名：日期：年月日論文使用授權(quán)本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期：年

5、月日 摘要摘要隨著電子信息系統(tǒng)的快速發(fā)展，大量的電子電路中采用了可調(diào)諧的電子元器件，如移相器、電調(diào)濾波器、自適應(yīng)匹配網(wǎng)絡(luò)、限幅器、壓控振動(dòng)器、電控衰減器等。介電可調(diào)材料具有介電常數(shù)隨外加電場(chǎng)變化而變化的介電非線性特性，利用這種特性可以對(duì)信號(hào)的相位、頻率和幅度進(jìn)行調(diào)制，所制成的壓控器件具有響應(yīng)速度快、功率容量大、功耗低、易集成以及成本低等特點(diǎn)，在衛(wèi)星系統(tǒng)、移動(dòng)通信、雷達(dá)系統(tǒng)等軍事和民用電子系統(tǒng)中有著巨大的應(yīng)用前景。具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的BaxSr1-xTiO3（BST）薄膜是目前研究最為集中的介電可調(diào)材料，BS

6、T薄膜介電調(diào)諧率高，但介電損耗大。近年來，研究發(fā)現(xiàn)具有焦綠石結(jié)構(gòu)的Bi1.5ZnNb1.5O7（BZN）薄膜材料介電損耗低、但介電調(diào)諧率小。本研究組發(fā)現(xiàn)，用離子半徑較小的Mg2＋取代BZN中的Zn2＋，制備的Bi1.5MgNb1.5O7（BMN）薄膜具有比BZN薄膜更高的介電調(diào)諧率。本論文研究了BMN材料的制備工藝，探討了BMN材料的介電調(diào)諧機(jī)制以及該薄膜材料的介電損耗機(jī)理，并開展BMN薄膜變?nèi)莨茉推骷难兄啤Ｖ饕獌?nèi)容和結(jié)論如下：1.研究了BMN材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并探討了該材料的介電調(diào)諧機(jī)理。通過拉曼光譜

7、和紅外光譜分析，研究了不同Mg2＋離子含量的Bi1.5MgNNb2.5-NO8.5-1.5N結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了Mg2＋離子優(yōu)先占據(jù)材料結(jié)構(gòu)中的B-位，當(dāng)B-位填滿后才進(jìn)入A-位；通過不同Mg2＋離子含量的Bi1.5MgNNb2.5-NO8.5-1.5N材料的材料結(jié)構(gòu)與介電調(diào)諧性的分析，闡明了BMN薄膜的介電可調(diào)性與其結(jié)構(gòu)中的偶極矩和無序場(chǎng)有關(guān)。當(dāng)Mg2＋離子不足，A-位出現(xiàn)空位，A-位的無序度和偶極矩會(huì)隨著Mg2＋離子濃度的增加而增大，BMN薄膜的介電調(diào)諧率也隨著Mg2＋離子濃度的增加而增大；但是當(dāng)Mg2＋離

8、子濃度達(dá)到飽和后，多余的Mg2＋離子會(huì)影響無序離子對(duì)外加電場(chǎng)的響應(yīng)，且BMN材料結(jié)構(gòu)中的偶極矩不會(huì)增大，BMN薄膜的介電調(diào)諧率因此不會(huì)隨著Mg2＋離子濃度的增加而增大。2.采用射頻磁控濺射法制備BMN薄膜，研究了基底溫度、濺射氣壓以及濺射氣氛對(duì)BMN薄膜結(jié)構(gòu)的影響，優(yōu)化出BMN薄膜的制備條件，制備了具有低損耗、較高調(diào)諧率的BMN薄膜。制備的BMN薄膜的介電常數(shù)為179、損耗為0.003、在1.5MV/cm的偏置電場(chǎng)下，介電調(diào)諧率達(dá)50％。3