钛酸锶钡介电调谐薄膜的FE受主掺杂改性及TIO2缓冲层效应

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1、上海大学硕士学位论文钛酸锶钡介电调谐薄膜的Fe受主掺杂改性及TiO<,2>缓冲层效应姓名：龚佳申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：程晋荣20080501上海大学硕+学位论文摘要钛酸锶钡(BaxSrl．。Ti03)具有介电常数较大且随外加直流偏置电场的变化而变化的特点，所以被广泛用作相控阵雷达天线中介质移相器的材料。BST薄膜用作微波调谐材料时，要求尽量高的调谐率和较小的介电损耗，从而降低器件的插入损耗，提高响应速度和灵敏度。本文通过对BST薄膜掺杂改性和引入Ti02缓冲层，使BST薄膜在保持一定调谐率的同时降低介电损耗，提高了综合介电性能。采用脉冲激光沉积工

2、艺(PLD)在Pt／Ti／Si02／Si衬底上制备了不同Fe掺杂量的BSFT薄膜。结果表明，Fe离子作为受主掺杂剂进入BST晶格，使BSFT薄膜受张应力作用，适量的Fe掺杂能补偿氧空位的施主行为，提高BST薄膜的势垒高度，降低介电损耗和漏电流密度。Fe掺杂量为0．3t001％的BSFT薄膜在1MHz、300kV／cm下的介电损耗、调谐率和优值分别为：0．88％、44％和50．2。同时，Fe离子掺杂提高了BST薄膜介电调谐率的温度稳定性。S01．gel工艺制备的Ti02呈金红石相；采用PLD工艺，用金属Ti靶得到了无定形态的Ti02缓冲层，用陶瓷Ti02靶制备的Ti02则

3、为板钛矿结构。较高的Ti02沉积温度和沉积氧压均有助于提高BST／Ti02异质结构的综合介电性能。无论采用金属Ti靶还是陶瓷Ti02靶，在优化工艺条件下，BST／Ti02异质结构的介电调谐性能都得到了相同程度的提高。用PLD工艺制备的BST／Ti02异质结构的介电调谐性能优于用溶胶．凝胶工艺制备Ti02缓冲层的BST／Ti02薄膜。在200kV／cm、1MHz下，BST／Ti02薄膜的调谐率达到38．5％，损耗为O．87％，优值为44．2，比无缓冲层BST薄膜的优值提高了1倍。关键词：钛酸锶钡，Fe掺杂，Ti02缓冲层，介电调谐V上海大学硕十学位论文ABSTRACTBa

4、riumstrontiumtitanate(BST)hasbeenwidelyusedasmaterialsforphaseshiffersbecauseofitslargedielectricnonlinearity．BSTthinfilmswithhiglltunabilityandlowdielectriclossareneededformicrowavetunabledevicesSOastodecreasetheinsertionlossandimprovethesensitivity．Inthisthesis，dielectriclossofBSTthinf

5、ilmshasbeendecreasedbyacceptordopantsandTi02bufferlayerswhilemaintaininghightunability．Thus，thecomprehensivedielectricpropertieshavebeenimproved．Ba0．6St0．4T103thinfilmswithdifferentFecontentswerepreparedonPt／Ti／Si02／Sisubstratesbypulsedlaserdeposition(PLD)method．Asacceptordopants，Fe3+ion

6、smayenterthelatticeofBST,compensatethedonoractionofoxygenvacanciesduringannealingprocessathi曲temperatureandincreasethebarrierheight．TheBSFTthinfilmsweremainlyaffectedbythetensilestressresultingfromthethermalmisfit．Thus，thedielectriclossandleakagecurrentdensityweredecreased．BSFTthinfilmsw

7、ith0．3m01％Fedopantsrevealthemuchimprovedloss，tunabilityandfigureofmerit(FoM)of0．88％，44％and50．2(1MHz，300kV／cm)．TheF，+ionsalsoimprovedthetemperaturestabilityoftunability．Ti02bufferlayerspreparedbysol—gelmethodwererutilestructure．MetalTitargetandceramicTi02targetWasusedforPL