[發(fā)明專利]一種具有高調(diào)諧率鉍基薄膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410326511.2
• 申請(qǐng)日: 2014-07-08
• 公開（公告）號(hào): CN104087905A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李玲霞;許丹;于士輝;董和磊;金雨馨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 張宏祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子信息材料與元器件領(lǐng)域，特別涉及一種用于調(diào)諧的高性能材料鉍基薄膜的制備方法

背景技術(shù)

隨著微波通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，人們對(duì)微波器件，尤其是微波調(diào)諧器件提出了更高的要求。具有快響應(yīng)速度、小尺寸、寬頻帶、高靈敏度及低工作電壓的微波調(diào)諧器件是目前和下一代通信系統(tǒng)必不可少的的組成部分。這些要求給目前的電子材料與元器件帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

微波介電可調(diào)材料在微波可調(diào)元器件上有著廣泛的應(yīng)用，例如：相控陣天線上的移相器、諧振器和濾波器等。近幾年來，鉍基結(jié)構(gòu)材料因具有優(yōu)良的介電調(diào)諧性能，適中的介電常數(shù)，極低的介電損耗等受到了廣泛的關(guān)注，這些特點(diǎn)使其在微波領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。然而鉍基結(jié)構(gòu)薄膜材料在制備的過程中，往往由于與襯底存在著晶格失配，導(dǎo)致在襯底與薄膜之間形成具有介電性能較差的過渡層，這嚴(yán)重影響了調(diào)諧器件的介電性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高調(diào)諧率鉍基薄膜的制備方法，以解決鉍基薄膜在制備過程中存在的過渡層問題。

鈮酸鋅鉍(BZN)與鈮酸鎂鉍(BMN)同為鉍基結(jié)構(gòu)材料，具有立方焦綠石結(jié)構(gòu)，具有相同的主晶相，晶格常數(shù)相差不大(BZN的晶格常數(shù)為BMN的晶格常數(shù)為)，但BZN的介電性能差于BMN。本發(fā)明采用在功能介質(zhì)層下生長(zhǎng)一層具有高結(jié)晶度的BZN薄膜，以高結(jié)晶度的BZN薄膜作為誘導(dǎo)層，從而降低過渡層等界面效應(yīng)對(duì)薄膜介電性能的影響，以達(dá)到優(yōu)化薄膜調(diào)諧性能的目的。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

一種具有高調(diào)諧率鉍基薄膜的制備方法，具體步驟如下：

(1)清洗襯底基片

選取表面附有電極的襯底基片，置于有機(jī)溶劑中超聲清洗，再用去離子水沖洗后在氮?dú)饬髦懈稍铮?/p>

(2)沉積制備誘導(dǎo)層

(a)將清洗干凈的襯底基片放入磁控濺射真空室中，將鈮酸鋅鉍靶材裝置在相應(yīng)的射頻濺射靶上，啟動(dòng)抽真空程序；

(b)待真空度抽至9×10^-5Torr，打開鈮酸鋅鉍靶材對(duì)應(yīng)的射頻電流源，通入工作氣體氬氣，完成射頻磁控濺射，制得鈮酸鋅鉍誘導(dǎo)層；

濺射參數(shù)如下：濺射功率為200W，襯底基片加熱溫度為600℃，濺射氣壓為10mTorr，氬氣與氧氣的流量分別為：85sccm和15sccm。濺射時(shí)間為10-15分鐘；

(c)鈮酸鋅鉍誘導(dǎo)層濺射完成后，打開真空室，取出襯底基片，在退火爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為：650℃-750℃，退火時(shí)間為20-30分鐘；

(3)沉積制備功能薄膜層

(a)將步驟(2)具有鈮酸鋅鉍誘導(dǎo)層的襯底基片放入真空室中，取下鈮酸鋅鉍靶材，將鈮酸鎂鉍靶材放置在射頻靶上，啟動(dòng)抽真空程序；

(b)待真空度抽至9×10^-5Torr，打開鈮酸鎂鉍靶材對(duì)應(yīng)的射頻電流源，通入工作氣體氬氣和氧氣，完成射頻磁控濺射，制得鈮酸鎂鉍薄膜層；

濺射參數(shù)如下：濺射功率為150W，基片加熱溫度為600℃，濺射氣壓為10mTorr，氬氣與氧氣的流量分別為：85sccm和15sccm；濺射時(shí)間為1-1.5小時(shí)；

(c)鈮酸鎂鉍薄膜層濺射完成后，打開真空室，取出襯底基片，在退火爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為750℃，退火時(shí)間為10-20分鐘，制得具有高調(diào)諧率鉍基結(jié)構(gòu)的鈮酸鎂鉍薄膜。

所述步驟(1)的襯底基片為硅襯底基片、氧化鋁襯底基片或者導(dǎo)電玻璃襯底基片；所述電極為金電極或者鉑電極。

所述步驟(1)的有機(jī)溶劑為丙酮或者酒精。

本發(fā)明的鉍基薄膜較之現(xiàn)有技術(shù)結(jié)晶性更好，取向性和調(diào)諧性能均有明顯改善，其調(diào)諧率由30％增至35％。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1與現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比X射線衍射圖譜；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1與現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比調(diào)諧率曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，實(shí)施例中所用的丙酮、酒精及靶材原料均為市售分析純?cè)稀R射用介質(zhì)靶材采用傳統(tǒng)固相反應(yīng)法合成，其相對(duì)密度大于95％。

實(shí)施例1

(1)清洗襯底基片

選取表面附鉑電極的硅襯底基片，置于酒精有機(jī)溶劑中超聲清洗，用去離子水沖洗后在氮?dú)饬髦懈稍铩?/p>

本發(fā)明的襯底基片可以為硅襯底基片、氧化鋁襯底基片或者導(dǎo)電玻璃襯底基片；電極可以為金電極或者鉑電極。

(2)沉積誘導(dǎo)層