solgel法mg掺杂pst薄膜的制备与介电性能研究

《solgel法mg掺杂pst薄膜的制备与介电性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要微波可调介电材料在微波可调元器件上有着』。阔的应用背景，如相控阵天线上的移相器，谐振器，滤波器等。就研究体系而言，目前主要集中在钙钛矿棚铁电材料，如钛酸锶钡(BST)及其掺杂系列。最近Cross等发现钛酸锯铅(PST)陶瓷具有较高可调性和相当低的介电损耗，是+种非常适用于电场调节元件的材料。与BST相比，特别作为薄膜材料，PST的铁电临界尺、J’较小，晶化温度较低，制备工艺与Si微电子工艺兼容，更能够满足高性能的si基集成电路的需要，对推动现代器件发展的小型化和集成化具有十分重要的意义。目前幽内外对于PST薄膜材料

2、的研究刚刚起步，对其的掺杂改性研究还不多。近年来的研究发现，Mg是非常有效的掺杂剂之一，但对于其影响机制，目前还不是很清楚，所以还需要对Mg离子掺杂改性进jj多方面的研究。本文全面综述了微波可调铁电薄膜材料的研究发展，总结了溶胶凝胶技术在制备此类材料中的应用，简要介绍了铁电材料微波可调的基本原理及其应用。本文采用溶胶凝胶镀膜技术，通过微量Mg离子掺杂同时改进热处理工艺等手段，在ITO基板上成功制备了多晶立方钙钛矿相Pbo4sr06Mg。TiI．、O¨(以下称PST)薄膜。发现利用溶胶凝胶法制备的PST薄膜的晶相形成和品

3、相含量受热处理条件和Mg的掺杂量所控制。在一定的掺杂范围内，由掺杂引起的品格畸变较小时，体系掺Mg平衡了晶体内本征氧空位引入的电荷不平衡，使品相更为稳定，析晶能力提高，晶相含量随掺杂浓度的增大而提高。掺杂量偏离缺陷补偿平衡点时，Mg掺杂引入额外的氧空位，晶格畸变增大使得形成的品相不稳定，析晶能力下降，最终使晶相含量下降。Mg的掺入还影响到析晶与热处理过程之阳j的关系。在高Mg掺量范围，Mg含量越高，形成的晶相越不稳定，热处理时间越长，使热处理过程中分解的品相量越多，随Mg掺量越高和热处理时间越长，薄膜中晶相含量越低。发

4、现在相同条件下制备的PST薄膜中，Mg掺杂在X约为O．03时，体系内的电荷补偿达到平衡，晶相相对较完整，体系品相含量和介电常数相对达最大。这时那些在低频下有条件建立的极化子，其建立极化时所需克服的势垒较大，在相对较低频率下就出现弛豫和不再跟随外场变化。当Mg掺量高于x=0．03时，V体系中的Mg离子反而引入了额外的氧空位缺陷，不利于晶相形成，钙钛矿相含量减小，介电常数相对降低。同时，相对较不完整的品棚结构，使弛豫出现在较高频率下。发现热处理温度对PST薄膜的介电性能有两种相对的影响作用，薄膜的介电电容值随着烧结温度的增

5、加出现一个极大值。在较低的温度时，烧结温度的升高，晶体含量增加，有利于薄膜介电电容值增大的作用占据优势。当温度达到一定值时，由温度升高产生的氧空位缺陷，丌始超过晶体含量增加对介电电容值的影响占据主导地位，介电电容值丌始降低。高Mg掺杂量PST薄膜介电电容值在相对低的烧结温度出现极大值。高Mg掺杂量相对引入了较多的氧空位，在相对低温下即对PST薄膜的介电电容值的减小作用，较晶体含量对介电电容值的增大作用占土导地位，介电电容值在较低的温度出现极大值。Mg掺杂PST薄膜的可调性随测试频率的变化而不同，在测量范围内，频率为10

6、0KHz时薄膜调谐性最大，调谐量达到20～30％(外加偏压为24V)。零偏压下的损耗因子为O．5。综合考虑呵调性和损耗得到薄膜的优值K在101数量级。关键词：钛酸锶铅，Mg掺杂，薄膜，s01．gel，介电性能V浙江入学倾f．学位论文AbstractThemicrowavetunableferroelectricmaterialshavebeenwidelyappliedinmanyfieldsespeciallyinmicrowavetunabledevices，suchasphaseshifterinphasedar

7、rayantenna，resonantorandfilteretc．Asfarasmicrowavetunabledielectricmaterials，Bariumstrontiumtitanate(BST)anditsdopedserieshavebeeninvestigatedintensively．Recently，Crossetc．foundthatleadstrontiumtitanate(PST)hasbiggertunabilityandlowerloss，besidesthis，PSTisaperov

8、skiteferroelectricmaterialwhichhasgoodsolidsolution．BecauseoftheexpedientmodulationofcurietemperatureTctoroomtemperature，thelargerdielectric-temperaturecoefficients，P