钛酸锶钡(BST)薄膜的组成、结构与性能研究进展

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。简要介绍了BST薄膜的制备方法和应用 ,对此薄膜的基片、电极、晶界、界面、热处理、膜厚及组成、结构、性能等方面作了重点讨论 ,提出了研究中需要解决的一些问题     

氮化硅薄膜MIM电容器的制备与性能研究

在被釉氧化铝陶瓷基片上,采用真空电阻蒸发法和等离子体增强化学气相沉积法制备了Au/NiCr电极薄膜及氮化硅(SiNx)介质薄膜,并对薄膜进行光刻图形化,制成了Au/NiCr/SiNx/Au/NiCr结构的MIM电容器。研究了所制电容器的介电性能、介温性能和I-V特性等电学性能。结果表明:所得MIM电容器具有很低的介电损耗(1MHz时tanδ为0.00192)及很高的电压稳定性;在–55～+150℃的范围内其1MHz时的电容温度系数为258×10–6/℃;另外,其I-V特性曲线显示出较好的对称性,漏电流密度较低,可承受较高的电压。     

高Q值平面螺旋电感的多电流路径结构设计

通过将平面螺旋电感器中的单股宽导线分成并联的多条细导线而在电感中形成多电流路径结构,可以降低电感的高频损耗并提高其品质因数(Q值)。利用HFSS电磁仿真软件对具有多电流路径结构的螺旋电感进行了设计与优化。结果表明,在尺寸不变的情况下,采用了多电流路径结构的平面螺旋电感的Q值提高了80%以上,这为高Q值小型平面螺旋电感的研制提供了思路。     

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。     

La0.6Sr0.4CoO3薄膜的制备及NTC特性研究

为研制具有较低室温电阻值的NTC薄膜热敏电阻,以La0.6Sr0.4CoO3陶瓷为靶材,采用RF磁控溅射法,在Al2O3基片上沉积了La0.6Sr0.4CoO3(LSCO)薄膜。研究了溅射过程中氩氧体积流量比对LSCO薄膜结晶性能和方阻的影响以及LSCO薄膜的阻温特性。结果表明:随着氩氧体积流量比的增加,LSCO薄膜的主晶相衍射峰强度及方阻均先增大后减小。LSCO薄膜具有显著的NTC特性,室温时的电阻温度系数α25为2.24×10–5;其lnR-T–1曲线具备良好的线形度,线性偏差仅为2.09%;另外,其室温时的电阻R25仅为18.75k?。     

BeO陶瓷基片表面平整化改性工艺研究

采用在BeO陶瓷基片表面被覆玻璃釉的方法实现基片表面的平整化改性,并利用台阶测试仪、扫描电子显微镜(SEM)等手段研究不同烧结制度对被釉基片表面粗糙度的影响。实验结果表明,相较于抛光处理的BeO陶瓷基片的轮廓平均偏差和算数均方根偏差值分别为62.8nm和141.9nm,被釉平整化改性的BeO陶瓷基片的参数值可分别降至18.2nm和24.9nm,可实现高效率、低成本的BeO陶瓷基片平整化改性。     

降温速率对Zr0.8Sn0.2TiO4陶瓷微波特性的影响

以Zr0.8Sn0.2TiO4 (ZST)作为主配方,以w(WO3)=0.25％和w(ZnO)=1％作为改性剂,采用传统的固相法工艺,在烧结环节对其进行降温速率的研究.通过对样品的线性收缩率的测量知1 340℃是最佳的烧结温度.在1 340～1 000℃的降温过程中研究了不同的降温速率对ZST微波性能的影响.对不同降温速率的样品进行了密度测量.结果表明,降温速率为10℃/h时,样品的密度5.05 g/cm3最大.通过X线衍射(XRD)分析仪及矢量网络分析仪对其样品晶体结构和微波介电性能进行了分析.实验结果表明,少量的WO3和ZnO加入可使ZST的烧结温度降低到1 340℃;降温速率的减缓会改变晶格尺寸,使晶格体积缩小.微波性能测试最佳结果为在1 340℃烧结、10℃/h降温速率处介电常数为36.88,品质因数与频率之积Q×f值为35 000 GHz(7.8 GHz).     

基于FPGA的平板显示器件驱动电路的设计

介绍了一种基于FPGA的平板显示器件驱动电路的设计方法。在FPGA内部设计了数字GAMMA校正、时基校正、时钟发生器、锁相环、I2C控制等模块,替代了各个专用集成芯片的功能,用数字技术取代传统模拟技术实现电路各模块,简化了电路;能够完成平板显示器件显示时序及控制方面的要求且控制灵活;能驱动大部分的平板显示器件,通用性好;设计了丰富的扩展信号接口,FPGA外挂SDRAM可应用于更大规模的平板显示驱动,可移植性强。采用高分辨率液晶投影显示屏LCX029CPT来验证所设计的驱动电路,通过电路实现,显示出质量很好的图像。     

MgO掺杂对ZnO基线性电阻陶瓷性能的影响

以ZnO为基添加Al2O3和MgO制备了导电陶瓷;研究了MgO掺杂含量对ZnO陶瓷电阻率、电阻温度系数和相对密度的影响;测试分析了ZnO导电陶瓷在室温小电流时的伏安特性.结果表明,ZnO-Al2O3-MgO系陶瓷具有线性的伏-安(V-I)特性;添加MgO能增大电阻率且可改善电阻温度系数,当x(MgO) =5％时,小电流电阻率为178 Ω·cm,电阻温度系数为－1.5×10-3/℃;适量的MgO含量有利于烧结致密化.     

铁电薄膜移相器研究进展

铁电薄膜移相器响应速度快、成本低、功耗和体积小,是一种模拟移相器,非常适合应用于相控阵天线特别是共形阵天线.介绍了4种主要的铁电薄膜移相器的结构、原理、性能和特点,指出分布型和全通网络型铁电薄膜移相器具有良好的发展前景,并进一步总结了国内外研究现状和存在的问题,提出了今后的研究方向.