钛酸锶钡变容器和可调谐高温超导滤波器的研究

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1、圆幽中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofScienceS博士学位论文作者姓名：指导教师：李娜郑东宁研究员中国科学院物理研究所学位类别：堡堂簋±学科专业：凝聚态物理2013年05月ByNaLiADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceInstituteofPhysics，ChineseAcademyofSciencesMay,2013致谢首先我

2、要衷心感谢我的导师郑东宁研究员和何豫生研究员。两位导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。本论文是在两位导师的悉心指导下完成的，从选题到完成，每一步都倾注了两位导师大量的心血。在此，谨向郑老师和何老师致以崇高的敬意和衷心的感谢!感谢研究组黎红、张雪强、李春光三位老师。三位老师给予了我很多工作上的指点和帮助，黎红老师还一直以来对我的生活非常关心，在此对三位老师表示深深的谢意。感谢研究组王旭、王佳老师和博士后夏丰金师兄在可调谐滤波器设计制作和镀膜工作方面给予的积极的指导和不遗余力的帮

3、助。其中特别感谢王旭老师，她在工作上给予了我很多耐心细致的指导，并且还给予了我很多生活上的照顾。感谢超导实验室赵柏儒，朱北沂，曹立新，田海燕，李洁老师和四川大学朱小红老师在薄膜生长制备方面对我的指点。感谢超导实验室许波老师在靶材制备方面对我的指导。感谢物理所其他老师的言传身教。感谢研究组的孙亮、张强、边勇波、李国强几位老师。几位老师不仅对我的工作支持颇多，在生活方面也对我关爱有加。感谢李翡、于涛、王跃辉、高路、郭进、崔彬师兄。他们对在我刚进入研究组时给了我很多引领。感谢何晓锋、李超、周曙煜师兄，同级的吴云同学、白丹丹师妹和徐云辉师弟。很多次你们带给我很多感动，有你们的相互支持才使我走到

4、了今天。感谢舍友邱环环和马丽师姐在生活方面给予的诸多关照。感谢物理所2008级所有同学，是你们让我在物理所科研之外的生活更加丰富多彩。最后深深地感谢我的父母。一直以来你们给予了我无私的爱、理解、支持和鼓励，对我的成长倾注了太多的心血，养育之恩，无以为报。同时还要感谢我的妹妹和所有爱我、支持我的亲人。摘要可调谐射频／微波器件在现代多通带多功能无线系统领域有着越来越重要的应用。本论文致力于可调谐射频／微波器件的研究，主要包括钛酸锶钡(Bao．05Sro_95Ti03，BST)变容器和可调谐高温超导滤波器的研制。本论文首先介绍了BST／电极双层膜的制备。BST薄膜质量直接决定着BST变容器的

5、性能，同时电极薄膜材料的选择和制备是影响变容器性能的重要方面。本论文选择具有磁调谐应用前景的镧锶锰氧(LSMO)薄膜和具有良好的低温下微波表面电阻的钇钡铜氧(YBCO)薄膜作为电极。通过对镀膜参数的优化，利用脉冲激光沉积法在MgO衬底上成功制备出高取向的LSMO／BST和YBCO／BST双层膜。基于性能优异的薄膜，进行了LSM0／BST和YBCO／BST两款变容器的制备。在63K，0-80V偏压下，LSMO／BST变容器的电容值为4．05．1．87pF(电容可调率为54％)，Q值为57．108。和LSMO／BST变容器相比，YBCO／BST变容器Q值水平相当，电容可调率更高(在80V和

6、160V偏压下分别为65％和72％)。对两款变容器的BST介电参数进行提取，获得了很好的一致性的结果：0-80V偏压下BST薄膜的介电常数为1170．350(可调率为70％)，损耗角正切为0．017．0．009。本工作中得到的BST薄膜的介电参数是可见报道的低钡含量BST薄膜的较好结果。文章最后介绍了可调谐滤波器的研制。基于高温超导薄膜优异的微波性能，通过优化谐振器结构和耦合方式，选用Q值较高的变容器，研制了4阶VHF．UHF频段可调谐高温超导带通滤波器和带阻滤波器。带通滤波器实现了41％的频率调谐范围，插入损耗小于1．5dB，带外抑制高于50dB，矩形度小于3．3。与文献中调谐范围、

7、阶数和相对带宽相近的带通滤波器相比，该滤波器的插入损耗和带边陡度指标达到较优水平。带阻滤波器实现了52％的调谐范围，阻带内最大抑制深度的变化范围为49．63dB，3dB相对带宽变化范围为2．1％．2．5％。该带阻滤波器的综合指标也属于比较好的水平。关键词：铁电薄膜，镧锶锰氧薄膜，超导薄膜，变容器。可调谐滤波器AbstractTunableRF／Microwavedevicesareinincreasingdemandinmodemmultifu