钇梯度掺杂Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3薄膜的sol-gel法制备及介电性能

用改进的溶胶-凝胶法(sol-gel)在Pt/Ti/SiO2/Si(S)上制备了各层Y掺杂浓度分别为0.5%/0.6%/0.7%/0.8%/0.9%/1%的上梯度掺杂和1%/0.9%/0.8%/0.7%/0.6%/0.5%下梯度掺杂的Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜。X射线衍射(XRD)表明,各薄膜主要沿(110)晶面生长,均为立方钙钛矿结构。相比均匀掺杂薄膜,梯度掺杂薄膜表现出较好的相结构衍射强度及晶化,上梯度薄膜更为显著。原子力显微镜(AFM)表明,梯度掺杂使薄膜的表面形貌得到极大改善,上梯度比下梯度薄膜具有更加光滑致密的表面相貌和更小的表面粗糙度。电压-电容曲线表明,上梯度薄膜介电性能得到明显提高,在零偏压下的电容为28.5pF(介电常数190)、介电损耗为1.63%及40V下的调谐率为52.3%,优质因子为32。

Y掺杂(Ba_(0.6)Sr_(0.4))_(0.8)TiO_3薄膜的结构及介电性能

通过钇(Y)掺杂、适当增加钛(Ti)含量和调节薄膜厚度等优化设计,用改善的溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了光滑致密的Y掺杂多层钛酸锶钡(Ba0.6Sr0.4)0.8TiO3,BST)薄膜,研究了该薄膜的结构及介电性能。X射线衍射(XRD)表明,该薄膜为钙钛矿结构,但其衍射峰强度很弱,主要与Y掺杂和微过量Ti有效减弱其铁电性有关。原子力显微镜(AFM)表明,该薄膜晶化较弱,且随厚度的增加晶化减弱,和XRD结果一致。该薄膜比Y掺杂的Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜显示更优异的综合介电性能,但与薄膜的厚度有关。随膜厚的增加,薄膜的电容和调谐率减小,但介电损耗大幅减小,其中,4层薄膜零偏压的介电常数为161、电损耗约为0.006,40V的调谐率为45.5%、优质因子大于75,可满足微波调谐器件的需要。

薄膜厚度对Y掺杂Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3薄膜结构及介电性能的影响

采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在Si/SiO2/Ti/Pt基片上制备了不同厚度(正比于薄膜层数)的钇(Y)掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)薄膜,研究了膜厚度对薄膜结构和介电性能的影响。原子力显微镜(AFM)表明,Y掺杂BST薄膜可显著改善表面形貌,且强烈依赖于薄膜厚度。当薄膜厚度适中(即当层数为8)时,表面晶粒细小、致密、均匀,晶界分明。X射线衍射(XRD)表明,Y掺杂BST薄膜显示钙钛矿结构,主要沿(110)晶面生长。随着薄膜厚度的增加,BST(110)峰的衍射强度先增后减,表明薄膜的相结构与薄膜厚度直接相关。Y掺杂BST薄膜显示优异的综合介电性能,且随着膜厚的增加,电容或介电常数减小。8层薄膜的综合介电性能最优,零偏压时的电容为17.8pF(介电常数130)、介电损耗为0.0057,调谐率为32%,优值因子为56,可满足微波调谐器件的需要。同时,就有关机理进行了分析。