铁电（Ba,Sr）TiO3及介电Bi2O3-ZnO-Nb2O5薄膜材料应用于电调谐微波器件研究进展

铁电钛酸锶钡BaxSr1-xTiO3(BST)是一种拥有十分优越铁电/介电性能的材料,在可调谐微波器件方面具有很好的应用前景。本文概括介绍了BST薄膜的研究意义、基本结构、薄膜的制备方法,并针对可调谐微波器件应用需求,详细探讨了通过掺杂、组分梯度变化、纳米铁电多层薄膜以及将铁电BST与新型介电Bi2O3-ZnO-Nb2O5(BZN)薄膜相结合等对铁电薄膜性能进行优化的手段,最后对该领域的前沿问题从材料研究层面作了小结与展望。     

BST薄膜的膜厚与铁电性能关系研究

采用射频磁控溅射法制备了Ba.6Sr0.4TiO3(BST)薄膜,研究了不同膜厚的BST薄膜的介电偏压特性曲线和电滞回线。结果表明,当膜厚从250nm增加到650nm时,BST薄膜的εr、εr的电压变化率和最大极化强度分别从195,9%,4.7×10–6C/cm2逐渐增加到1543,19%,30×10–6C/cm2,而矫顽场强随膜厚的变化较复杂。进一步分析发现,膜厚通过影响矫顽场强和最大极化强度进而影响铁电薄膜的电压非线性。     

BST薄膜的微结构研究

采用射频磁控溅射法在 Pt/Ti/SiO2/Si 衬底上制备了钛酸锶钡(BST)薄膜。利用 X 射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)分别研究了 BST 薄膜的成分、晶体结构。用优化的成膜工艺制备出成分与靶材基本一致,具有钙钛矿结构的 BST 多晶薄膜。利用扫描力显微镜中的压电模式(PFM)观察到了 BST 薄膜中的 a 畴和 c 畴,初步确定在 BST薄膜中多畴转变为单畴的临界尺寸为 28~33 nm。     

钛酸锶钡(BST)铁电移相器材料的研究现状

钛酸锶钡(BST)材料被普遍认为是最有前途的铁电移相器材料。BST作为铁电移相器材料的研究已有多年,到目前为止取得了不少突破性的进展。综述了国内外研究人员在BST体材、厚膜以及薄膜方面所做的工作及获得的一些成果。     

钛酸锶钡(BST)薄膜的XPS研究

采用射频磁控溅射法在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了BaxSr1-xTiO3(BST)薄膜,对BST／Pt／Ti／SiO3／Si结构进行了XPS深度分析。研究结果表明：制备的BST薄膜内部化学成分基本一致;氧缺位在薄膜体内比表面更严重)Pt底电极向薄膜、衬底之间扩散,BST／Pt及Pt／SiO2之间存在明显的界面过渡层。     

BST-MEMS移相器开关

为了提高MEMS电容开关性能,介绍了移相器的一种新型结构——分布式电容周期性加载结构。分析发现移相器的相移度和单元可变电容的变化率有关。目前MEMS可变电容单元采用的介质基本上是氮化硅。BST薄膜作为一种性质优良的介电材料,其介电常数远大于氮化硅。从MEMS移相器开关性能的几个关键指标出发,探讨在MEMS移相器开关中,用BST薄膜代替氮化硅介质的可能性。     

钛酸锶钡(BST)薄膜的制备与应用研究进展

介绍了钛酸锶钡(BST)薄膜的四种制备方法(脉冲激光沉积、磁控溅射、溶胶–凝胶、金属有机化学气相沉积)及BST薄膜在介质移相器、动态随机存储器、热释电红外探测器、H2探测器中的应用等方面的研究进展。提出了需进一步开展的研究课题如:晶粒晶界控制、界面控制、漏电导机制、疲劳机制、非线性效应及大面积高质量薄膜的制备技术等。     

射频磁控溅射法制备(Ba_(0.7)Sr_(0.3))TiO_3铁电薄膜

采用射频磁控溅射法制备了用于非致冷红外焦平面阵列的 ( Ba0 .7Sr0 .3) Ti O3( BST)铁电薄膜。研究了BST铁电薄膜的制备工艺 ,分析了 BST铁电薄膜的晶体结构和微观形貌。测试了其介电特性 ,测得的相对介电常数 -温度曲线表明制备的 ( Ba0 .7Sr0 .3) Ti O3铁电薄膜的居里温度在室温附近 ,约 3 0°C处。     

BST薄膜铁电移相器研究进展

钛酸锶钡(BST)薄膜因其具有高的介电调谐量,相对低的损耗tgδ和快的开关速度,在微波移相器的应用中显示出巨大优势。介绍了改善BST薄膜的介电性能的有效方法,衬底材料的选择,以及BST薄膜铁电移相器的结构类型和研究进展。     

Ba1-xSrxTiO3热释电梯度厚膜的制备和介电性能研究

钛酸锶钡(BST)组分梯度多层厚膜具有较好的综合介电性能,包括适中的介电常数、高的介电温度系数、低的介质损耗等,日益成为红外探测器、微波调制器件的重要候选厚膜材料.采用改进的溶胶-凝胶(Sol-Gel)法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备Mn掺杂6层不同组分梯度BST厚膜.厚约5 μm.研究了梯度BST厚膜的微观结构及其介电性能.X-射线衍射(XRD)分析表明,当热处理温度为750℃时,得到完整钙钛矿结构的厚膜材料.扫描电镜(SEM)电镜显示,厚膜表面晶粒大小均匀,排列紧密,致密性好,梯度BST厚膜的介电峰温区覆盖常温,介电常数峰值为920,介电损耗约为1.8×10-2.     

稀土掺杂BTO基纳米陶瓷的制备及介电性能

采用"连续有序可控爆发式成核"纳米粉体制备技术,以BaCl2、SrCl2.6H2O、TiCl4为原料制备了BaxSr1–xTiO3及BaxSr1–x–yGdyTiO3纳米粉体和陶瓷,研究了所制粉体和陶瓷的微观结构及性能。结果表明:所制纳米粉体分散性好,粒径分布范围窄,平均粒径小于40nm;BaxSr1–xTiO3介电常数随锶掺杂量的增加有增大的趋势,在1 325℃烧结得到的Ba0.7Sr0.3TiO3陶瓷的介电常数最大,达到30 000 F/m。BaxSr1–x–yGdyTiO3介电常数随Gd掺杂量的增加趋于减小,在1 325℃烧结得到的Ba0.8Sr0.18Gd0.02TiO3的介电常数最大,达到近25 000 F/m。     

钛酸锶钡的宽频带介电谱

利用常规固相反应法制备了系列钛酸锶钡(BaxSr1–xTiO3)(x=0.50,0.68,0.74)陶瓷。测量了样品的宽频段介电谱,发现钛酸锶钡的超低频介电谱在复介电常数平面上给出一段圆弧;但是,在高于5 Hz时偏离圆弧组成一段直线。实验表明:介质中慢极化效应的存在使得其介电弛豫普遍都不是德拜型的;在超低频至射频的广阔频段,样品的复εr不满足Kramers-Kroning(K-K)关系。实验证明在超低频下,测量εr的频域法并不适用,其物理含义还有待研究。     

Al2O3/BaxSr1-xTiO3复相陶瓷的凝胶注模制备与微观结构

采用凝胶注模工艺制备出了Al2O3/Ba0.6Sr0.4TiO3复相陶瓷坯体.重点研究了料浆的流变学特性和凝胶化机理.研究表明,Al2O3/Ba0.6Sr0.4TiO3复相陶瓷水基料浆呈现“剪切变稀“行为,单体和交联剂含量和引发剂、催化剂的加入量都对固化速度有着直接的影响.在对Al2O3/Ba0.6Sr0.4TiO3烧结体研究时发现:由于Ba0.6Sr0.4TiO3的加入,内部晶粒最终都形成规则的平面六角结构.     

高介电常数微波陶瓷材料的研究进展

叙述了BaO-Ln2O3-xTiO2系陶瓷的掺杂、添加烧结助剂和晶粒取向对其烧结温度和微波介电性能的影响。简述了(Pb1-xCax)(Fe0.5Nb0.5)O3系陶瓷的掺杂改性和低温烧结的研究进展。介绍了迄今为止εr最高的一类微波介质陶瓷CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系材料。提出了需要进一步思考和解决的问题。     

Influence of La-Mn-Al Co-Doping on Dielectric Properties and Structure of BST Thick Film

A new sol-gel process is applied to fabricate the BST (BaxSr1(xTiO3) sol and nano-powder of La-Mn-Al co-doping with Ba/Sr ratio 65/35, and the BST thick film is prepared in the Pt/Ti/SiO2/Si substrate. The powder and thick film are characterized by X-ray diffraction and transmission electron microscope. The influence of La-Mn-Al co-doping on the dielectric properties and micro-structure of BST thick film is analyzed. The results show that the La, Mn, and Al ions can take an obvious restraint on the growth of BaSrTiO3 grains. The polycrystalline particles come into being during the crystallization of thick film, which may improve the uniformity and compactness of thick film. The influence of unequal-valence and doping amount on the leakage current, dielectric loss, and dielectric property are mainly discussed. The dielectric constant and dielectric loss of thick film are 1200 and 0.03, respectively, in the case of 1mol% La doping, 2mol% Mn doping, and 1mol% Al doping.     

低温烧结BaxSr1-xTiO3玻璃陶瓷

采用溶胶–凝胶法制备出均匀的Ba-Sr-Ti-Pb-B-Si-O凝胶玻璃,通过适当的热处理,原位析出BaxSr1-xTiO3(BST)微晶,同时在一定温度下获得Pb-B-Si-O玻璃相。玻璃相的存在降低了BST玻璃陶瓷的烧结温度:烧结温度在1 000℃以下,体积密度达到理论密度的90%以上。由于Pb2+取代了Ba2+、Sr2+,形成PbTiO3,导致了BST玻璃陶瓷的居里温度向高温方向移动。     

CuO掺杂对Ba(Ti_(0.91)Zr_(0.09))O_3陶瓷介电性能的影响

采用固相反应法制备了CuO掺杂的Ba(Ti0.91Zr0.09)O3陶瓷,借助XRD、SEM、Agilent4284A测试仪,研究了CuO掺杂对Ba(Ti0.91Zr0.09)O3陶瓷的结构及介电性能的影响.结果表明,CuO具有细化陶瓷晶粒的作用.随着CuO掺杂量的增加,Ba(Ti0.91Zr0.09)O3陶瓷的斜方-四方相变峰出现介电弛豫现象,相变点处的介电常数增加,并且居里峰出现相变弥散现象.当w(CuO)=0.38%时,斜方-四方相变峰的弛豫程度最大.     

磁控溅射法制备具有同质缓冲层的PST薄膜

采用射频磁控溅射法制备了以低功率溅射得到的PbxSr1-xTiO3(PST)薄膜为缓冲层(同质缓冲层)的PST双层薄膜。通过X-射线衍射、扫描电镜、阻抗分析仪和铁电分析仪对薄膜相结构、表面形貌、介电损耗和铁电性能进行了测试分析。结果表明,以低功率溅射得到的PST薄膜作为同质缓冲层的双层薄膜可减少薄膜的缺陷,从而有效降低介电损耗。     

Co_2O_3掺杂对0.965MgTiO_3-0.035SrTiO_3微波介质陶瓷性能的影响

采用传统电子陶瓷制备方法研究了Co2O3(1.5%～5.0%,质量分数)掺杂的0.965MgTiO3-0.035SrTiO3(MST0.035)微波介质陶瓷,分析了Co2O3含量对MST0.035陶瓷的烧结性能、晶相结构、显微形貌以及微波介电性能的影响。结果表明:Co2O3的掺杂促进了MST0.035陶瓷的烧结。随着Co2O3掺杂量的增加,陶瓷介电常数略有下降,谐振频率温度系数以及品质因数增加,同时中间相MgTi2O5逐渐减少直至完全消失。当Co2O3掺杂量为质量分数3.0%时,MST0.035陶瓷的烧结温度由1 380℃降低到1 290℃,其烧结所得的样品具有优良的微波介电性能:谐振频率温度系数τf=–2.53×10–6/℃,高的品质因数Q·f=19 006 GHz和介电常数εr=20.5。