硅片上集成高介电调谐率的柱状纳米晶BaTiO_(3)铁电薄膜

钛酸钡(BaTiO_(3))具有优异的介电、铁电、压电和热释电等性能,在微电子机械系统和集成电路领域具有广泛的应用。降低BaTiO_(3)薄膜的制备温度使其与现有的CMOS-Si工艺兼容,已成为应用研究和技术开发中亟需解决的问题。本研究引入与BaTiO_(3)晶格常数相匹配的LaNiO_(3)作为缓冲层,以调控其薄膜结晶取向,在单晶Si(100)基底上450℃溅射制备了结构致密的柱状纳米晶BaTiO_(3)薄膜。研究表明:450℃溅射温度在保持连续柱状晶结构和(001)择优取向的前提下,能获得相对较大的柱状晶粒(平均晶粒直径27 nm),一定残余应变也有助于其获得较好的铁电和介电性能。剩余极化强度和最大极化强度分别达到了7和43μC·cm^(-2)。该薄膜具有良好的绝缘性,在0.8 MV·cm^(-1)电场下,漏电流密度仅为10^(-5) A·cm^(-2)。其相对介电常数εr展现了优异的频率稳定性:在1 kHz时εr为155,当测试频率升至1 MHz,εr仅轻微降低至145。薄膜的介电损耗较小,约为0.01~0.03(1 kHz~1 MHz)。通过电容-电压测试,该薄膜材料展示出高达51%的介电调谐率,品质因子亦达到17(@1 MHz)。本研究所获得的BaTiO_(3)薄膜在介电调谐器件中有着良好的应用前景。

(Ba_(0.5)Sr_(0.5))TiO_3/LaNiO_3异质薄膜的介电调谐特性

用脉冲激光沉积工艺制备（Ba0.5Sr0．5）TiO3（简称BST）薄膜和（Ba0.5Sr0．5）TiO3／LaNiO3（简称BST／LNO）薄膜。在650℃原位退火10min，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150～200nm和50～80nm。在室温和1MHz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。

溅射气压对Bi_(1.5)Mg_(1.0)Nb_(1.5)O_7薄膜结构及介电性能的影响

采用射频磁控溅射法在Pt/Si基片上沉积了铌酸铋镁(Bi1.5Mg1.0Nb1.5O7,BMN)薄膜。研究了溅射气压对BMN薄膜结构、表面形貌、化学成分及介电性能的影响。结果表明,制备的薄膜具有立方焦绿石结构。高溅射气压下制备的BMN薄膜晶粒的平均尺寸比低溅射气压下制备的薄膜晶粒的大。薄膜的介电调谐率及相对介电常数随溅射气压的升高而增大。且随着溅射气压的升高,薄膜中各元素含量逐渐接近理论值。在基片温度为675℃,溅射气压为5 Pa,体积比??(O2:Ar)为15:85的条件下制备得到的BMN薄膜在1.6×106 V/cm外加电场下的介电调谐率为26%,介质损耗约0.8%;在5.0×105 V/cm外加电场下其漏电流密度不超过6×10–8 A/cm2。

梯度组分BST薄膜的制备及其电学性能的研究

采用射频磁控溅射方法在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备上、下梯度组分BST薄膜,研究在相同条件下沉积的上、下梯度组分BST薄膜的微结构及电学性能.实验表明:下梯度组分BST薄膜在测试频率为200 kHz时,介电常数为343.75,介电损耗为0.025;在250 kV/cm偏置电场下,介电调谐率为45.86%,与上梯度组分BST薄膜相近;但是下梯度组分薄膜的优值因子远大于上梯度组分薄膜的优值因子(7.81),达到18.34,说明下梯度组分BST薄膜是比较理想的介电调谐材料,用于微波调谐器件是可行的.

CaRuO_3电极对(Ba,Sr)TiO_3薄膜的介电特性的影响

在Pt（111）/Ti/SiO2/Si（100）衬底上,用脉冲激光沉积工艺分别制备出了（110）外延取向生长的（Ba0.65Sr0.35）TiO3/CaRuO3（BST/CRO）异质结构薄膜;BST/CRO异质结构薄膜由纳米晶团簇组成,最大的团簇晶粒达500 nm,平均晶粒尺寸在60～80 nm,薄膜厚度为650 nm.BST/CRO异质结薄膜均为表面平滑和致密结构.BST/CRO异质结薄膜的介电常数和介电调谐率分别高达851和78.1%.与纯BST薄膜比较,用CRO作电极,增益介电常数与介电调谐率.

(Ba,Sr)TiO_3/Mg_xZn_(1-x)O核-壳复合陶瓷的制备及表征

纳米粒子由于具有大量的潜在应用,近年来已引起人们极大的关注.通过纳米复合技术(如制备核壳结构的纳米粒子)可以使其获得更多的特殊性质.以氢氧化钡、氢氧化锶、钛酸丁酯为主要原料,采用化学溶液法,在80℃左右的温度下制备了钛酸锶钡纳米晶.硝酸镁和硝酸锌的混合溶液同钛酸锶钡混合并超声搅拌,在室温下制备了具有核壳结构的(Ba,Sr)Ti O3/MgxZn1-xO(BST/MZO)纳米晶.x射线衍射(xRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)确定所制备样品为纯钙钛矿结构,透射电镜(TEM)表明产品的形貌是核壳结构小球,电子衍射图案进一步证实核和壳均是由十几个到几十个纳米的(Ba,Sr)Ti O3/MgxZn1-xO纳米晶组成的聚集体.采用常规的陶瓷制备技术获得具有核壳结构复合陶瓷,其介电性能明显改善.研究结果表明具有核壳结构的(Ba,Sr)Ti O3/MgxZn1-xO适合作为微波介电材料.