資源描述:
《solgel法mg摻雜pst薄膜的制備與介電性能研究》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要微波可調(diào)介電材料在微波可調(diào)元器件上有著』。闊的應(yīng)用背景,如相控陣天線上的移相器,諧振器,濾波器等。就研究體系而言,目前主要集中在鈣鈦礦棚鐵電材料,如鈦酸鍶鋇(BST)及其摻雜系列。最近Cross等發(fā)現(xiàn)鈦酸鋸鉛(PST)陶瓷具有較高可調(diào)性和相當(dāng)?shù)偷慕殡姄p耗,是+種非常適用于電場調(diào)節(jié)元件的材料。與BST相比,特別作為薄膜材料,PST的鐵電臨界尺、J’較小,晶化溫度較低,制備工藝與Si微電子工藝兼容,更能夠滿足高性能的si基集成電路的需要,對推動現(xiàn)代器件發(fā)展的小型化和集成化具有十分重要的意義。目前幽內(nèi)外對于PST薄膜材料
2、的研究剛剛起步,對其的摻雜改性研究還不多。近年來的研究發(fā)現(xiàn),Mg是非常有效的摻雜劑之一,但對于其影響機制,目前還不是很清楚,所以還需要對Mg離子摻雜改性進jj多方面的研究。本文全面綜述了微波可調(diào)鐵電薄膜材料的研究發(fā)展,總結(jié)了溶膠凝膠技術(shù)在制備此類材料中的應(yīng)用,簡要介紹了鐵電材料微波可調(diào)的基本原理及其應(yīng)用。本文采用溶膠凝膠鍍膜技術(shù),通過微量Mg離子摻雜同時改進熱處理工藝等手段,在ITO基板上成功制備了多晶立方鈣鈦礦相Pbo4sr06Mg。TiI.、O¨(以下稱PST)薄膜。發(fā)現(xiàn)利用溶膠凝膠法制備的PST薄膜的晶相形成和品
3、相含量受熱處理條件和Mg的摻雜量所控制。在一定的摻雜范圍內(nèi),由摻雜引起的品格畸變較小時,體系摻Mg平衡了晶體內(nèi)本征氧空位引入的電荷不平衡,使品相更為穩(wěn)定,析晶能力提高,晶相含量隨摻雜濃度的增大而提高。摻雜量偏離缺陷補償平衡點時,Mg摻雜引入額外的氧空位,晶格畸變增大使得形成的品相不穩(wěn)定,析晶能力下降,最終使晶相含量下降。Mg的摻入還影響到析晶與熱處理過程之陽j的關(guān)系。在高Mg摻量范圍,Mg含量越高,形成的晶相越不穩(wěn)定,熱處理時間越長,使熱處理過程中分解的品相量越多,隨Mg摻量越高和熱處理時間越長,薄膜中晶相含量越低。發(fā)
4、現(xiàn)在相同條件下制備的PST薄膜中,Mg摻雜在X約為O.03時,體系內(nèi)的電荷補償達到平衡,晶相相對較完整,體系品相含量和介電常數(shù)相對達最大。這時那些在低頻下有條件建立的極化子,其建立極化時所需克服的勢壘較大,在相對較低頻率下就出現(xiàn)弛豫和不再跟隨外場變化。當(dāng)Mg摻量高于x=0.03時,V體系中的Mg離子反而引入了額外的氧空位缺陷,不利于晶相形成,鈣鈦礦相含量減小,介電常數(shù)相對降低。同時,相對較不完整的品棚結(jié)構(gòu),使弛豫出現(xiàn)在較高頻率下。發(fā)現(xiàn)熱處理溫度對PST薄膜的介電性能有兩種相對的影響作用,薄膜的介電電容值隨著燒結(jié)溫度的增
5、加出現(xiàn)一個極大值。在較低的溫度時,燒結(jié)溫度的升高,晶體含量增加,有利于薄膜介電電容值增大的作用占據(jù)優(yōu)勢。當(dāng)溫度達到一定值時,由溫度升高產(chǎn)生的氧空位缺陷,丌始超過晶體含量增加對介電電容值的影響占據(jù)主導(dǎo)地位,介電電容值丌始降低。高Mg摻雜量PST薄膜介電電容值在相對低的燒結(jié)溫度出現(xiàn)極大值。高Mg摻雜量相對引入了較多的氧空位,在相對低溫下即對PST薄膜的介電電容值的減小作用,較晶體含量對介電電容值的增大作用占土導(dǎo)地位,介電電容值在較低的溫度出現(xiàn)極大值。Mg摻雜PST薄膜的可調(diào)性隨測試頻率的變化而不同,在測量范圍內(nèi),頻率為10
6、0KHz時薄膜調(diào)諧性最大,調(diào)諧量達到20~30%(外加偏壓為24V)。零偏壓下的損耗因子為O.5。綜合考慮呵調(diào)性和損耗得到薄膜的優(yōu)值K在101數(shù)量級。關(guān)鍵詞:鈦酸鍶鉛,Mg摻雜,薄膜,s01.gel,介電性能V浙江入學(xué)傾f.學(xué)位論文AbstractThemicrowavetunableferroelectricmaterialshavebeenwidelyappliedinmanyfieldsespeciallyinmicrowavetunabledevices,suchasphaseshifterinphasedar
7、rayantenna,resonantorandfilteretc.Asfarasmicrowavetunabledielectricmaterials,Bariumstrontiumtitanate(BST)anditsdopedserieshavebeeninvestigatedintensively.Recently,Crossetc.foundthatleadstrontiumtitanate(PST)hasbiggertunabilityandlowerloss,besidesthis,PSTisaperov
8、skiteferroelectricmaterialwhichhasgoodsolidsolution.BecauseoftheexpedientmodulationofcurietemperatureTctoroomtemperature,thelargerdielectric-temperaturecoefficients,P