新型微波压控薄膜材料与器件.pdf

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1、科技展望2017/01新型微波压控薄膜材料与器件吕劼(河南师范大学附属中学，河南新乡453002)【摘要】具有立方焦绿石结构的铌酸镁铋(Bi1．5MgNb1．5O7)材料具有((Bi1．5X0．5)(X0．5Nb1．5)O7)的铋基立方焦绿石体系。在该结构中，中等介电常数，低介电损耗和优异的调谐性能。本文主要介绍了立方由于A位阳离子与O’离子的相互作用关系，使它们均转移到对称焦绿石结构及调谐机理，并以电子科技大学蒋书文老师的研究内容介性相对较低的位置，每个A位的阳离子随机的处于六个平衡位绍了BMN介质薄膜的研究进展。置，

2、沿着垂直于O’—A—O’的三个＜112＞方向，A位离子均被束【关键词】微波介质压控器件机理介电性能缚在HTB环内，O’离子随机分布在12个平衡位置上。当没有外加条件时，O’—A—O’链结构上离子在各自的平衡1前言位置上随机地分布，这样使得体系有最大的离子位移极化，这使得近年来，微波介质材料成为国际上对电介质材料研究的一个材料具有高的介电常数;当外加一定电场后，O’—A—O’链上的新动向。微波是指在300MHz～300GHz频段内的电磁波，其波长离子将沿着电场方向运动，这样导致链状结构发生弯曲，随着电场范围为1m～0．1m

3、m，即米波至亚毫米波。微波介质材料是在微波的增加，O’—A—O’链上离子的以为程度增加，从而使得离子的频段的电路中完成特定功能的材料，它具有介电常数范围广、品质分布更具有方向性，这样将使得体系的离子位移极化减小，因此，因数高、耐压高、介电常数温度系数系列化、高机械强度等优点，是体系的介电常数降低。基于以上原因，铋基立方焦绿石结构材料微波介质移相器、滤波器、谐振器的关键材料。微波介质压控材料在外加电压时介电常数降低。是微波介质材料的一种，是指主要应用于微波频段下，其介电常数3铋基焦绿石结构材料与器件的介电性能研究或者磁导率

4、随外加偏压的变化而变化。利用这一性质制成的微波微波介质压控器件易集成、功耗小、成本低、可靠性高，能够与介质薄膜压控器件在微波通信领域、雷达、卫星等领域发挥着重要微带线电路技术、半导体技术集成，构成微波混合集成电路和单片的作用。常用的压控微波器件有微波半导体器件、铁氧体器件、微波集成电路。最简单的微波介质压控器件是介质变容管，是构MEMS器件和介质压控器件。与前三类器件相比，介质压控器件成移相器、滤波器、振荡器等微波器件的核心。介质变容管结构大频率损耗小、功率容量高。与铁氧体器件和MEMS器件相比，介质体上有插值型(IDC

5、)、共面波导型(CPW)和平板型(PPC)3种结压控器件调谐响应速度快，很适合在求快速波束扫描的相控阵雷构。平板型变容管能有效的把外加电场限制在薄膜上，抑制边缘达装置中使用。表1为各种压控器件的性能比较:效应，电场利用率高，可获得较高的调谐率。但是由于测试仪器的表1不同压控微波器件的性能比较限制，无法测试平板型变容管微波频段下(300MHz～300GHz)的介质压介电性能。共面波导型变容管采用了GSG(Ground－Signal－参数半导体器件铁氧体器件MEMS器件控器件Ground)的三线结构，是依据传输线理论模型设置

6、的，可以得到变容管微波下的介电性能。可调率高高低中介质变容管的介电性能主要包括介电调谐率和器件损耗，此外还有介质材料的介电常数、温度系数、器件的击穿电压等。器件射频损耗中高低低的调谐率主要是指BMN介质薄膜的调谐率。BMN介质材料的介控制电压＜10V10～90V50～100V＜40V电常数随外加偏压的增加而减小，介电调谐率定义为n=(ε0－调制速度快快慢快εmax)/ε0;其中ε0为无外加偏压时的介电常数值，εmax为最大偏压下的介电常数值。器件的介电调谐率与薄膜的生长条件和结晶程成本中低高低度密切相关。目前常用的BMN

7、介质膜制备方法为射频磁控溅射常见介质压控器件材料包括钙钛矿体系的铁电薄膜BST法，如在溅射BMN介质薄膜的过程中，合适的溅射气体Ar/O2比例(BaSrTiO)微波介质材料和铋基立方焦绿石结构体系的BZN和溅射气压，基底加热以及薄膜退火处理，均能够有效的提高器件0．50．53(BiZnNbO)和BMN(BiMgNbO)微波介质材料。BST的调谐率。1．51．01．571．51．01．57微波介质薄膜材料因为具有很高的调谐率(＞50%)与高的介电BMN介质变容管另一主要介电性能是器件损耗。器件损耗常数(＞200)，所以得到

8、了广泛的研究与应用，但是由于BST薄膜主要包括两部分，一部分是介质膜的介电损耗，一部分是电极损的损耗相对较高(tanδ＞0．01)，其介电常数随着膜厚的变薄急剧耗。BMN介质薄膜的损耗与薄膜的结晶程度和晶体缺陷有关。下降，并且薄膜的成分偏差、电极界面效应等严重地影响着铁电薄退火工艺可以减小这种影响，降低介质膜的损耗。