上海硅酸盐所钛酸锶钡薄膜高频微波性能合作研究获进展

2010-10-28 14:01 来源: 中国科学院
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  钛酸锶钡((Ba,Sr)TiO3,简称BST)是一种非常重要的功能材料,它具有高介电常数、低介电损耗、高可调性和居里温度随组分连续可调的特性,是动态随机存储器、非制冷红外探测器以及可调微波器件等多种应用研究的优选材料之一。

  最近,中国科学院上海硅酸盐研究所董显林研究员带领的课题组和法国电子微电子纳米技术研究所(IEMN)Denis教授研究小组合作,在BST60/40薄膜的高频微波性能研究中取得了新进展。他们通过设计非化学计量比靶材,采用原位沉积工艺,控制溅射气氛中的O2/(Ar+O2)比例,在没有利用任何缓冲层的情况下,首次在Pt/Si衬底上制备出100%取向度的BST(001)、BST(111)织构化薄膜。他们还巧妙引入具有极低损耗(<0.005)的BZN薄膜,获得了可调性高达50%(@400kV/cm)、介电损耗仅0.01及优值因子高达46.8的BZN/BST复合薄膜,解决了BST铁电薄膜难以兼顾高可调性和低介电损耗这一难题。为研究BST薄膜的高频微波性能,在Al2O3(0001)衬底上引入纳米TiOx作为籽晶层,制备出高度(111)取向外延BST薄膜,并分别对多晶和外延BST薄膜在1~40GHz频率范围内进行了微波性能表征和分析,发现BST薄膜的复介电常数遵从Curie–von Scheidler定律;在频率高达40GHz、电场仅为300kV/cm条件下,外延BST(111)薄膜的可调性高达41%,是多晶BST薄膜的1.4倍,有望应用于高频微波器件领域。

  PhysOrg新闻网站以For future chips, smaller must also be better为题对相关研究进展进行了报道。相关的一系列研究结果发表在近期的Appl. Phys. Lett. 97, 162909 (2010)、J. Am. Ceram. Soc. 93, 350 (2010)、J. Am. Ceram. Soc. 93, 1215 (2010)、J. Am. Ceram. Soc. 93, 2136 (2010)和J. Am. Ceram. Soc. 93, 2526 (2010)等刊物上。两个研究小组从2005年合作研究至今,已有两名博士后出站,联合培养博士研究生3名,其中1名取得了双博士学位。

  上述研究得到了国家基础研究项目(项目编号:6163Z09.1)、上海青年科技启明星计划(09QH1402400)和中科院“百人计划”的资助。

      

不同氧分压下得到的BST薄膜XRD图     BZN/BST复合薄膜的可调性及优值随BZN厚度变化

  

        

共面波导传输线及BST薄膜的断面结构     Al2O3衬底上外延和多晶BST薄膜的高频介电性能