高介电常数BST微波参数谐振腔法测量

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要由于BST(BaxSr1-xTiO3)介电常数较高（通常在100以上），传统测量块材的方法误差很大，而BST薄膜的传统测量方法—共面波导法测量步骤很复杂且花费昂贵，不适合日常测试。因此本文选用相对简便的谐振腔法对BST块材和薄膜的复介电常数进行测量。提出了谐振腔法测量BST块材的改进方法，针对谐振腔法测量高介电常数时由于微扰条件无法满足而产生较大误差的问题，提出用软件仿真的方法来修正这些误差，用仿真的结果改进介电常数计算公式。当样品介电常数在150以内时，介电常数改进公式计算精度最大提高40

2、%。损耗角改进公式计算精度最大提高100%。采用了谐振腔测量BST薄膜复介电常数的方法，从微扰理论出发推导出了BST薄膜介电常数和损耗角的计算公式，分析得出公式推导过程中的近似条件产生的误差小于0.3%。用该方法测量了磁控溅射法制备的3个BST薄膜样品，结果显示BST-2薄膜介电常数在500左右，损耗角在10数量级，分析得出测量总误差为15.4%。总结出影响测量结果的主要因素是样品的尺寸和形状。用共面波导法测量了其中一个薄膜样品，测量结果显示BST薄膜介电常数为415.82，损耗角为0.09118。对影响共面波导法测量

3、精度的因素进行了分析，得出总误差为10%左右。通过比较共面波导法与谐振腔法测量的结果发现，两种方法结果比较接近，证明了谐振腔法的可行性。关键词：高介电常数谐振腔微扰法薄膜微波测量I华中科技大学硕士学位论文AbstractDuetothehighpermittivityofBST(BaxSr1-xTiO3),conventionalmethodsforitsmicrowavedielectricpropertiesmeasurementlackaccuracy.Themethodformicrowavedielectri

4、cpropertiesmeasurementofBSTthinfilm—coplanarwaveguide(CPW)methodiscomplexandexpensive,notsuitableforthedailymeasurement.SowechoosecavityperturbationtechniquetomeasurethemicrowavedielectricpropertiesofBSTandBSTthinfilms.Weamendthecavityperturbationmethodformicrow

5、avedielectricpropertiesmeasurementofBST.DuetothehigherrorcausedbylargeperturbationwhenwemeasurethedielectricpropertiesofBSTwiththecavityperturbationmethod,weusesoftwaresimulationmethodtoamendtheseerrorsandamendtheformulawiththesimulationresults.Whenthepermittivi

6、tyofthespecimenisunder150,themodifiedformulashowsanaccuracyof40%improvementindielectricconstantand100%improvementinlosstangentcomparedwiththeconventionalformula.FormulasforcalculatingdielectricconstantandlosstangentofBSTthinfilmwithcavityperturbationmethodareder

7、ivatedandtheerrorcausedbytheapproximationmadeinthederivationislessthan0.3%.ThreespecimenofBSTthinfilmbymagnetronsputteringaremeasuredatX-bandfrequencyusingthismethod,andtheresultsshowthe-2dielectricconstantisaround500andlosstangentis10withanerrorof15.4%.Analysis

8、oftheresultsshowsthattheprimaryfactoraffectingtheaccuracyofthemeasurementisthesizeandshapeofthespecimen.Incomparison,CPWmethodisemployedtomeasureoneofthethreespecimen