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。     

覆有BST膜的半导体功率器件结终端研究

通过一系列的工艺步骤,在半导体功率器件含有场限环(FLR)的结终端上覆盖了一层300 nm厚、介电常数高的钛酸锶钡( BST)膜.对该新型结终端和无BST膜的传统FLR结终端的结构与性能进行了研究比较.结果表明,在覆盖BST膜后,FRL结终端的结构击穿电压提高了50％.这证明BST膜能够提高器件的击穿电压.     

一种新型BST薄膜移相器的电路设计

采用铁电材料钛酸锶钡(BST)的薄膜移相器以其成本低廉、响应速度快、频带宽、体积小、重量轻、控制简单等诸多优点而引起关注.本文对BST薄膜移相器的设计模型进行研究分析,提出了一种新型的电路结构,在BST材料移相器的大移相量和尽可能低的损耗一对矛盾中找到一个平衡点.并通过ADS仿真验证了这一新型电路.     

用正交法优化BST/MTO铁电移相器材料性能

利用正交试验方法研究了Bi2O3、MnCO3、SnO2等添加剂对钛酸锶钡/钛酸镁(BST/MTO)复合铁电移相器材料介电常数r、介质损耗tg以及调谐性T等性能的影响,并对影响机理作了初步探讨。实验结果表明选择合适种类与数量的添加剂能有效提高铁电移相器材料的性能。通过正交试验获得综合性能优异的移相器材料性能:r=315,tg=0.002 8,T=14.27%。     

基于铁电移相器的Ka波段低成本相控阵天线研究

为解决铁电体陶瓷移相器中高相对介电常数材料间的匹配问题,研制了一种可用于Ka波段低成本相控阵天线的新型铁电体陶瓷材料移相器,并用其设计制作了一种一维电扫低成本相控阵天线。结果表明:通过利用三级阻抗匹配技术,所制新型移相器中高相对介电常数材料间的匹配问题得到了有效解决。当外加偏置电压约为11 kV时,该移相器可在损耗小于2.2 dB的情况下实现360°相移。     

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。     

原料配方对移相器用BST陶瓷材料性能的影响

为了使钛酸锶钡(BST)铁电陶瓷应用于移相器,研究了原料配方和合成方法对钛酸锶钡(BST)铁电陶瓷的结构与性能的影响。以钛酸盐、碳酸盐和二氧化钛为原料进行组合,并掺杂改性物质,制备BST陶瓷,用XRD、SEM检测其晶相及显微结构,用闭腔法测量其微波介电性能。结果表明,不同原料或合成方法形成的BST陶瓷的晶相组成均相同,其中以钛酸钡、钛酸锶合成BST陶瓷的微波介电性能最佳。添加质量分数60%MgO和少量La2O3的(Ba0.6Sr0.4)TiO3的介电性能为:εr=96.6,Q·f=1 155 GHz,T=9.5%(2×103 V/mm),τf=2.5×10–3/℃,满足移相器对BST材料的要求。用该组成设计了3节阻抗匹配的360°铁电体移相器,8~12 GHz范围内,插入损耗小于3 dB,电压驻波比小于1.5。     

BST移相器的优化设计算法

近年来,人们在微波应用领域对BST移相器进行了很多研究。本文对BST铁电移相器电路进行了等效分析,就电路中重要部分-BST电容加载的方法进行研究,创新地提出了BST电容非周期性加载的设计思路。用M atlab编程实现并论证这种设计思路。使用这种优化方法设计出的非周期性加载移相器各项指标均优于周期性加载移相器,现已申请专利(专利号:200510028313.9)。     

VCO电路测试新型BST电容器的可变电容特性

基于新型BST电容器的变容机理,采用集成芯片MC12148设计VCO(压控震荡器)测试电路,通过测量不同控制电压对应的频率,计算出材料的电容与介电常数,研究了新型BST的压控特性,推导出该BST材料的电压与电容关系式。结果显示:新型BST材料加正反偏压电容都发生变化;最大耐压值为40 V;其电容调谐率与压控灵敏度都很小,分别为10.691%和5.717 kHz/V;材料应用在频率合成器的微调上,可提高合成频率的灵敏度与精度。     

BST铁电薄膜的制备及介电性能研究

通过射频磁控溅射法,采用高温溅射、低温溅射高温退火两种不同的工艺制备了钛酸锶钡（BST）薄膜。分析两种不同的工艺对BST薄膜的结构、微观形貌及介电性能的影响。采用X线衍射（XRD）分析了样品的微观结构。采用扫描电镜（SEM）和台阶仪分别测试了样品的微观形貌和表面轮廓。通过能谱分析（EDS）得到了薄膜均一性的情况。最后通过电容 电压（C V）曲线测试得到BST薄膜的介电常数偏压特性。结果表明,与低温溅射高温退火工艺制备的BST 薄膜相比,高温溅射制备的BST薄膜结晶度好,致密性高,表面光滑,薄膜成分分布较均一。因此,采用高温溅射得到的BST薄膜性能较好。在频率300 kHz时,采用高温溅射制备的BST薄膜介电常数为127.5~82.0,可调谐率为23.86%~27.9%。     

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。     

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。     

宽带双周期性BST电容加载共面波导移相器

提出了一种双周期性BST电容加载共面波导传输线的移相器结构。基于这种结构设计制作的铁电薄膜移相器较好地解决了整个电路的阻抗匹配问题,其反射损耗的波纹在较宽的工作频带内趋于同一幅度。在沉积有钛酸锶钡(BST)薄膜的氧化镁基片上设计并制作了一个宽带双周期性BST叉指电容加载共面波导移相器,测试结果显示该移相器的反射损耗在0~15GHz内保持在–15dB,其中在14.5GHz处,在30V的外加偏压下其移相能力可达35o。     

一个DC-32GHz两位微机械移相器

采用分布式微机械传输线结构实现了两位移相器,并且为了减小传输线负载电容和驱动电压首次提出了用共面波导传输线来驱动微机械桥的结构(共面波导驱动结构).结果显示驱动电压小于20V,20GHz时两位移相器的相移为0°/20.1°/41.9°/68.2°,插入损耗为-1.2dB.在DC到32GHz的范围内相移具有良好的线性,插入损耗小于-1.8dB,反射损耗好于-11dB.实验结果表明了该结构在高介电常数衬底上制造低插损、宽带数字微机械射频移相器的潜力.     

升压电源和高压DAC为天线和滤波器提供调谐信号

天线阵列和滤波器常常通过改变钛酸钡锶(BST)电容上的电压来进行调谐。将这种铁电材料应用于电容时,只需施加一个电压,即可导致其晶体结构发生细小的变化,从而改变其介电常数,电容值因而随之改变。相比于传统的变容二极管,电子可调     

一个DC-32GHz两位微机械移相器

采用分布式微机械传输线结构实现了两位移相器,并且为了减小传输线负载电容和驱动电压首次提出了用共面波导传输线来驱动微机械桥的结构(共面波导驱动结构).结果显示驱动电压小于20V,20GHz时两位移相器的相移为0°/20.1°/41.9°/68.2°,插入损耗为-1.2dB.在DC到32GHz的范围内相移具有良好的线性,插入损耗小于-1.8dB,反射损耗好于-11dB.实验结果表明了该结构在高介电常数衬底上制造低插损、宽带数字微机械射频移相器的潜力     

梯度多层BST薄膜介电性能研究

成分梯度多层钛酸锶钡薄膜具有较好的综合介电性能,包括适中的介电常数、高的介电调谐率、低的介质损耗及低的介电温度系数等,日益成为微波调制器件如移相器、滤波器、谐振器等的重要候选薄膜材料。就国内外近年来取得的重要成果进行了综述,对今后成分梯度多层BST薄膜的研究前景及方向进行了展望。     

(Ba0.5Sr0.5)TiO3/LaNiO3异质薄膜的介电调谐特性

用脉冲激光沉积工艺制备Ba0.5Sr0.5TiO3(简称BST)薄膜和Ba0.5Sr0.5TiO3/LaNiO3(简称BST/LNO)薄膜。在650℃原位退火10 min,获得了(100)和(110)择优取向生长的BST和BST/LNO薄膜,薄膜晶粒呈柱状结构,BST薄膜和BST/LNO异质结构薄膜的晶粒尺寸分别为150~200 nm和50~80 nm。在室温和1 MHz条件下,BST薄膜和BST/LNO异质结构薄膜的相对介电常数和介电调谐率分别达811和58.9%、986和60.1%;用LNO作底电极,可增益介电常数和介电调谐率。     

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。     

B2O3-Li2O掺杂对丝网印刷Bao.6Sr0.4TiO3厚膜微观结构及介电特性的影响

采用丝网印刷工艺并通过有效掺杂B2O3-Li2O制备出了一致性和可重复性良好的Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)厚膜.系统研究了B2O3-Li2O掺杂对BST厚膜的低温烧结特性、微观结构、相构成及介电性能的影响.结果表明:随着B2O3-Li2CO3含量的增加,BST厚膜的烧结温度逐渐降低,晶粒尺寸和介电常数显著变小...