BST薄膜对GaN衬底的传输特性影响

钛酸锶钡(BST)薄膜是一种重要的铁电薄膜,应用广泛,是高新技术研究的前沿和热点之一。文章重点讨论了不同结构的BST薄膜对GaN传输线的传输特性影响,分析了不同的BST薄膜材料参数对传输性能的影响。实验证明,未电镀的传输线空洞较多,直流电阻变大,生长了BST薄膜的传输线插损约为0.32dB/mm,不同的薄膜材料参数对传输特性的影响也很明显,随着介电常数、膜厚以及损耗角的增大,传输线有效介电常数变大,特性阻抗减小。为基于磁电效应的GaN功率放大器设计提供了一定的借鉴。     

Sol-Gel法制备BST铁电薄膜及其性能分析

用Sol-Gel法制备出表面致密,界面清晰的BST铁电薄膜。分析了BST薄膜的J-V特性,由于使用了不同的上下电极,导致J-V曲线的不对称,且在外延生长的Pt电极上制备的BST薄膜有较低的漏电流。分别在大气和干燥气氛下测量了BST薄膜的介电特性,分析结果表明:湿度对BST薄膜的介电特性有很大的影响,为了得到正确的介电特性,其测量必须在真空或干燥气氛下进行。     

BST薄膜的残余应力分析

采用射频磁控溅射在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备了钛酸锶钡(BST)薄膜,利用气氛炉对薄膜进行晶化处理,晶化后薄膜的应力采用XRD表征。研究其残余应力随晶化温度变化的趋势。结果表明:在550,650,700℃晶化后的BST薄膜宏观残余应力表现为压应力,且随着晶化温度的升高,呈线性变大。     

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。     

衬底温度对直接光CVD SiO2薄膜特性的影响

采用以低压氙(Xe)气激发真空紫外光作光源,以SiH4和O2作反应气体的直接光CVD技术淀积SiO2薄膜.通过椭圆偏振法、红外光谱法、C-V特性法对不同衬底温度下淀积的SiO2薄膜的特性进行研究.结果表明: 衬底温度在40～200℃范围内,薄膜的折射率在1.40～1.46之间,在沉积膜的红外光谱中未出现与Si-H、Si-OH相对应的红外吸收峰.SiO2薄膜中固定氧化物电荷密度受衬底温度影响较大,其最小值可达1.73×1010cm-2.     

衬底温度对直接光CVD SiO2薄膜特性的影响

采用以低压氙(Xe)气激发真空紫外光作光源,以SiH4和O2作反应气体的直接光CVD技术淀积SiO2薄膜.通过椭圆偏振法、红外光谱法、C-V特性法对不同衬底温度下淀积的SiO2薄膜的特性进行研究.结果表明: 衬底温度在40～200℃范围内,薄膜的折射率在1.40～1.46之间,在沉积膜的红外光谱中未出现与Si-H、Si-OH相对应的红外吸收峰.SiO2薄膜中固定氧化物电荷密度受衬底温度影响较大,其最小值可达1.73×1010cm-2.     

BST薄膜非线性特性及机理研究

钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO3,简称BST)薄膜具有非线性强、漏电流小、居里温度可调等特点,因而在介质移相器、压控滤波器等方面有着广泛的应用前景。笔者对BaxSr1-xTiO3(x=0.45~0.90)系列陶瓷的晶体结构和介电性能、膜厚均匀性控制、BST薄膜的微结构(包括组成、晶体结构和电畴等)和介电非线性尺度效应、铁电薄膜介电非线性模型、薄膜型介质移相器的设计和制作等重要问题进行了研究,取得了以下研究结果:通过研究靶基中心不重合的磁控溅射系统,建立了平面磁控溅射膜厚分布的数学模型,提出了采用T=∫Ld(x,y)ds=∫0td(ξ(t),ψ(t))ξ'2(t)+ψ'2(t)dt来描述靶基中心不重合的平面磁控溅射的膜厚分布情况。在靶基距为72mm、公自转转速比为5.3的条件下,采用自行设计的射频磁控溅射设备和φ100mm靶材制备的BST薄膜膜厚均匀性偏差为2.8%。采用压电力显微镜(PFM)研究了BST薄膜中电畴的类型和尺寸。不仅证实BST薄膜中存在90°铁电畴,而且确定了BST薄膜由多畴转变为单畴结构的晶粒临界尺寸(单畴临界尺寸)为31nm左右。通过研究BST薄膜的介电非线性尺度效应,发现晶粒尺寸和膜厚对薄膜的介电非线性具有重要的作用。随着晶粒尺寸和膜厚的增加,BST薄膜的介电系数、介电系数变化率都逐渐增大。晶粒尺寸对单畴态薄膜的介电系数电压变化率和矫顽场强影响特别显著,而对多畴态薄膜的介电系数电压变化率和矫顽场强影响不明显。在上述实验研究的基础上,对铁电材料的介电非线性机理进行了研究。首先,从简单、实用的角度出发写出表征P(E)和ε(E)非线性的数学多项式,根据介电偏压特性曲线和电滞回线的特征值和连续性原理,给出边界条件和初始条件,解出表达式中的各项系数,从而建立了铁电晶体的介电非线性模型。然后,采用理想的晶粒–晶界几何模型,画出铁电陶瓷材料的等效电路,引入晶粒和晶界的大小,从而建立了铁电陶瓷的介电非线性模型。再采用理想二极管等效界面势垒,得到薄膜型平板电容器等效电路,引入膜厚和界面厚度两个尺度变量,从而建立了铁电薄膜的介电非线性模型。最后,利用文献的数据和曲线对模型进行了验证,模拟得到的曲线与实验得到的曲线变化趋势基本一致,表明该模型可以较好地解释铁电材料(包括陶瓷和薄膜)的介电非线性特性及其随晶粒大小、膜厚和界面厚度等尺度变化的规律。对薄膜型介质移相器的设计、制作和测试进行了研究。采用ADS和HFSS软件进行仿真,设计出了分布式电容负载型铁电薄膜介质移相器的电路结构和各部分的尺寸;采用改进的剥离工艺,制作出了电极线条整齐的铁电薄膜介质移相器;采用矢量网络分析仪,在频率为35GHz、控制电压为40V条件下,测得介质移相器的移相度为180°,插损为9.7dB。     

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。     

S0l—Gel法制备BST铁电薄膜及其性能分析

用SoI—Gel法制备出表面致密，界面清晰的BST铁电薄膜。分析了BST薄膜的J-V特性，由于使用了不同的上下电极，导致J—V曲线的不对称，且在外延生长的Pt电极上制备的BST薄膜有较低的漏电流。分别在大气和干燥气氛下测量了BST薄膜的介电特性，分析结果表明：湿度对BST薄膜的介电特性有很大的影响,为了得到正确的介电特性，其测量必须在真空或干燥气氛下进行。     

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。     

Ni掺杂对钛酸锶钡铁电薄膜性能的影响

在醋酸水溶液体系中采用溶胶-凝胶法在Pt／Ti／SiO2／Si（100）衬底上制备了未掺杂和掺Ni的钛酸锶钡（BST）薄膜，研究了Ni的加入对BST薄膜的结构和电学性能的影响。试验结果表明，随着Ni加入量的增加，BST薄膜的晶粒尺寸减小，介电常数减小，介电损耗降低；当Ni的加入量在10％（摩尔分数）时，薄膜的介电常数、介电损耗、可调性和FOM分别为230．25、0．015、30．8％、20．53。研究结果表明，适量掺Ni的钛酸锶钡薄膜能满足可调微波器件的要求。     

Co掺杂对BST薄膜介电性能的影响

用sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备了掺Co的钛酸锶钡(BST)薄膜,研究了Co的掺杂量x(Co)对BST薄膜的晶相结构和电学性能的影响。结果表明:随着x(Co)的增加,BST薄膜的介电常数εr,介质损耗tgδ和漏电流密度JL均降低;当x(Co)为5%时,BST薄膜的εr、tgδ、JL、可调性和品质因子分别为:228.3、0.013、3.69×10–7 A/cm2、15.4%、12.03。     

Influence of La-Mn-AI 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.     

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.     

BST薄膜的反应离子刻蚀研究

钙钛矿结构的钛酸锶钡(BST)薄膜作为优良的介电、铁电材料在新一代的微机械系统(MEMS)、动态存储器(DRAM)及其他器件上的广泛应用,使得BST薄膜的刻蚀特性越来越重要。该文利用反应离子刻蚀装置,研究了溶胶-凝胶工艺制备的钛酸锶钡薄膜在CHF3/Ar等离子气体中的刻蚀情况。通过分析刻蚀速率及薄膜刻蚀前后表面形貌的变化,结果表明,刻蚀过程是离子轰击、离子辅助化学反应和化学反应刻蚀共同作用的结果。刻蚀速率为5.1 nm/min。Sr元素较难去除,成为阻碍刻蚀的重要因素。     

BST铁电薄膜压控微波器件

作为一种典型的钙钛矿结构铁电体,BST具有极强的非线性介电性质,其介电常数随外加直流偏压变化,同时BST薄膜易于与微带共面波导等电路集成,能有效减小电路体积,因此可广泛应用于压控变容器、滤波器、移相器、振荡器等微波器件中。该类器件调谐速度极快,损耗低,工作频带宽,功率承载能力强,可调性好。介绍了BST薄膜的非线性介电性质与其在微波应用中的国外研究现状。     

双源电子束蒸发制备Si/SiO2光学薄膜的工艺

用双源电子束蒸发的方法,在K9玻璃基片上蒸镀Si和SiO2的混合膜.通过改变两种膜料蒸发速率的比例,得到的各个膜层,其折射率大小在两种膜料折射率之间的范围内变化.从实验上得出了混合膜层的折射率随Si和SiO2蒸发速率比变化的规律,并讨论了这种淀积方法的优越性.     

双源电子束蒸发制备Si/SiO2光学薄膜的工艺

用双源电子束蒸发的方法,在K9玻璃基片上蒸镀Si和SiO2的混合膜.通过改变两种膜料蒸发速率的比例,得到的各个膜层,其折射率大小在两种膜料折射率之间的范围内变化.从实验上得出了混合膜层的折射率随Si和SiO2蒸发速率比变化的规律,并讨论了这种淀积方法的优越性.     

不同退火氛围对TiN/HfO2/SiO2/Si结构电荷分布的影响

热退火技术是集成电路制造过程中用来改善材料性能的重要手段。系统分析了两种不同的退火条件(氨气氛围和氧气氛围)对TiN/HfO₂/SiO₂/Si结构中电荷分布的影响,给出了不同退火条件下SiO₂/Si和HfO₂/SiO₂界面的界面电荷密度、HfO₂的体电荷密度以及HfO₂/SiO₂界面的界面偶极子的数值。研究结果表明,在氨气和氧气氛围中退火会使HfO₂/SiO₂界面的界面电荷密度减小、界面偶极子增加,而SiO₂/Si界面的界面电荷密度几乎不受退火影响。最后研究了不同退火氛围对电容平带电压的影响,发现两种不同的退火条件都会导致TiN/HfO₂/SiO₂/Si电容结构平带电压的正向漂移,基于退火对其电荷分布的影响研究,此正向漂移主要来源于退火导致的HfO₂/SiO₂界面的界面偶极子的增加。     

BST薄膜电容器的制备及其调谐性能研究

利用氩离子束溅射技术在SiO2/Si衬底上淀积Ba0.8Sr0.2TiO3(BST)薄膜,该薄膜在氧气气氛中500℃退火处理30 min,然后利用集成电路平面工艺将薄膜制作成叉指结构电容器。X-射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分析表明,BST薄膜具有钙钛矿结构,薄膜表面光滑,晶粒致密且分布均匀。调谐性能测试结果表明,该电容器具有较高的电容调谐率,在室温100 kHz频率下,对于2 V的直流偏压,其调谐率和损耗因子分别为62%和0.02。这说明具有此结构的BST薄膜电容器可望应用于微波集成电路。