【正文】 效位置， O′離子也有 12 個等效位置，從而展現(xiàn)出隨機性位移，并產生無序性結構特點 [2]。 在以往的研究中 ,認為 BZN 薄膜材料的介電調諧機制與立方焦綠石結構A2B2O6O39。因此 ,將 BZN 材料中的 Zn2+離子用極化能力更強、離子半徑更小的 Mg2+離子取代 [5],得到的 BMN 材料將會比原 BZN 材料具有更高的介電調諧潛力 [1]。該工藝過程可以主要分成制備粉料、成型生坯和樣品燒結三個主要過程 [19]。 根據(jù)化學式 ，對預處理后的 Bi2O MgO、 Nb2O5等原料進行質量計算，考慮到 Bi 易揮發(fā)，稱重時 Bi2O3過量 10%。球磨時間為 8 小時。預燒的主要目的主要是使混合原料經過化學反應生成所需要的產物的主晶相，改變原料的結構將有利于陶瓷樣品的成型和燒結，從而獲得性能良好的陶瓷靶材。由于陶瓷粉料的顆粒細小，表面活性較大，因此其表面吸附了較多的氣體，其堆積密度較小。值得注意的是，粘結劑的加入量過少，則成型困難，過多會導致陶瓷靶材致密度降低。為了減少燒結過程中粘結劑的快速排出，導致靶材內部含有大量氣孔以及內應力分布不均勻的情況，燒結前，需要對靶材生坯進行排膠處理，采用高溫加熱的方式使靶材中的聚乙烯醇排出。為了防止 Bi的揮發(fā)，本實驗中 BNM 陶瓷靶材的燒結采用埋燒。接著在燒結溫度下保溫 210h，使得各組分發(fā)生充分的物理變化和化學反應，接著隨爐冷卻至室溫，即可獲得結構致密的陶瓷靶材。此外，吸附在襯底表面的顆粒雜質，將導致制備的薄膜不均勻，增大薄膜的表面粗糙度，從而嚴重影響薄膜的性能 [12]。 BMN 薄膜制造工藝 磁控濺射制備 BMN 薄膜的主要流程如下 : （ 1） 在陰極靶材位置上安裝 BMN 陶瓷靶材，將預處理的襯底固定在基板支架上。 （ 4） 當襯底溫度達到實驗溫度后，先關閉靶材擋板，調節(jié)射頻功率至 150W，預濺射 3~5min，以去除靶材表面的污染物，達到凈化靶材表面的目的。 電容結構 BMN 薄膜樣品的制備 為了測試 BMN 薄膜樣品的介電性能 ,需要將薄膜樣品制備成電容結構薄膜電容器結構一般米用 CP結構 ,即共面電容器 (colanar capacitor)結構或是 MIM結構 ,即平行板電容器 (metalinsulatormetal)結構 [1]。 MIM 薄膜電容器結構 MIM 結構是一種傳統(tǒng)的電容器結構 ,即上下兩金屬電極層中間夾一層介質薄膜 ,利用上下電極來進行介電性能測試 [1]。從這一等效電路可以得出 ,總器件損耗可以用下式描述： 1/Qtotal=1/Qleakage+1/QBZN+1/QElectrode 其中 Qleakage 與 QEIectrode 均為 ω(測試頻率 )的函數(shù) ,即 : 第二章 研究方法與實驗 10 Qleakage=ωC/Gdc QEiectrode=1/ωRsC 故平行板電容器的品質因子為頻率的函數(shù) [1]。研究表明分別用 Au及 Pt作為電極測出來的 Q值 ,在去除電極的影響后 (Rs 項 ),在高頻下 Q值的差異有所減少 ,兩種電極測得的 Q 值變得較為接近 [1]。這要求我們設計器件的時候也要考慮其尺寸帶來的影響 [1]。二是 Pt 溶點高 ,能耐高溫 ,使得高溫沉積及高溫退火制備 BMN 薄膜的過程中電極不會受到影響 [1]。 Pt底電極由所構襯底直接提供，定電極通過 JFC1600 型離子濺射儀制備。 通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡（ Ultra55 FESEM）對 BMN 薄膜樣品的表面形貌進行分析。?? ?? （ 21） 式（ 31）中 39。 第三章 實驗結果與討論 12 第三章 實驗結果與討論 本組實驗通過調整氬氣和氧氣 總氣壓 ，在不同濺射氣壓下制備 BMN 薄膜，并且研究在 Pa 到 Pa 濺射氣壓對薄膜相組成、微觀形貌和電性能的影響。隨著濺射氣壓的升高，BMN 薄膜顯示出明顯的（ 222）擇優(yōu)取向 。實驗通過 場發(fā)射掃描電子顯微鏡（ FESEM）對 BMN 薄膜表面形貌 進行觀測， 如圖 32 所示，圖 32(a)(e)為濺射 氣壓分別為 Pa、 Pa、 Pa、 Pa、 Pa 時制備的 BMN 經 750℃快速 薄膜退火后的 FESEM 圖 像。表面形貌的改善是因為 在較低的氣壓范圍內 ， 濺射粒子在輝光中受到碰撞的幾率較小， 小晶粒無法在碰撞中團聚成較大的 晶粒； 隨著濺射氣壓升高 ， 碰撞使得濺射粒子 相互作用，小晶粒團聚為較大晶粒，且晶粒在不斷碰撞過程中變得大小均一，所得到的薄膜變得平整； 當濺射氣壓進一步升高， 晶粒間過多的碰撞使晶粒得 達襯底表面時的能量過低 ，晶粒尺寸減小，這對薄膜的成膜速率也產生一定的影響。 圖 33 為不同氣壓下濺射 BMN 薄膜的介電常數(shù)和介電損耗隨頻率的變化曲線。 在 10 kHz–1 MHz 的頻率范圍內， BMN 薄膜的介電常數(shù)幾乎不隨頻 率的變化而變化 ，穩(wěn)定性很好，而介電損耗略有上升，但變化不大。 圖中曲線相對于零偏壓是對稱的，并且沒有滯后性。南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 17 第四章 結論 本實驗采用磁控濺射法，在 Si 基片上沉積 BMN薄膜 ,研究了濺射氣壓對 BMN薄膜的相結構、表面形貌以及介電性能的影響。 另外，隨著濺射氣壓的增大， BMN 表面晶粒大小逐漸均一，晶粒尺寸逐漸變大，薄膜趨于平整。 參考文獻 18 參考文獻 [1] 黎彬 蔣書文 介電可調 BMN 薄膜及變容管制備研究（ 2020） [2] 肖勇 蔣書文 可調 BMN 薄膜介電損耗機理研究 (2020) [3] 鄭 贊 杜丕一 趙冉 翁文劍 韓高榮 Zn 摻雜制備介電可調 PST 薄膜 [4] 高虹 朱明康 呂憶農 劉云飛 Ar/O2 對磁控濺射法制備 薄膜結構與性能的影響 《南京工業(yè)大學學報：自然科學版》 2020 [5] 肖勇 許程源 張光強 蔣書文 薄膜的介電損耗機理研究 《電子元件與材料》 2020 [6] 蔣書文 李汝冠 王魯豫 劉興釗 李言榮 介電可調薄膜材料及壓控微波器件研究 《電子科技大學學報》 2020 年 [7] 華強 杜慧玲 史翔 崔玉 新型四元系鉍基焦綠石陶瓷的介電性能 西安科技大學 [8] 陳萬海 吳文彪 孟中巖 微波調諧器件用鈦酸鍶鋇基非線性介質薄膜介電調諧性能的研究 [9] 彭東文 孟中巖 鈦酸鍶鋇非線性介質薄膜的高介電調諧率和低介電損耗的研究 [10] 陳鵬 立方燒綠石結構 BZN薄膜的制備及介電可調性研究 電子科技大學 2020 [11] 霍慶 松 襯底及壓強對磁控濺射 ZnO 薄膜表面形貌的影響 《山東建筑大學學報》 2020 [12] 鐘家剛 多鐵性無鉛復合薄膜的制備和鐵電、鐵磁性能研究 合肥工業(yè)大學 2020 年 [13] 宋陽 周勇 蔣書文 濺射氣壓對 電子科技大學電子薄膜與集成器件國家重點實驗室 [14] 曹洋 朱孔軍 裘進浩 龐旭明 顧洪匯 鄭紅娟 季宏麗 鈮酸鉀鈉無鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法 研究 南京航空航天大學智能材料與結構航空科技重點實驗室 [15] 馮萍 楊麗 曹萬強 Ca 摻雜 Ba()O3陶瓷介電性能的研究 [16] 張凱 張鷹 Cd 摻雜 BZN 薄膜的制備和性能研究 《電子科技大學》 2020 [17] 劉紅飛 張志萍 程曉農 射頻磁控濺射 ZrW2O8 薄膜的高溫退火研究 江蘇科技南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 19 大學 [18] 磁控濺 射參數(shù)對 BaSrTiO3薄膜擇優(yōu)取向生長的影響 期刊論文 [19] 李在映 BZN 陶瓷介電性能研究 西華大學 2020 [20] Lingxia Lin,Dan Xu,Shihui Yu,Helei Dong,Yuxin Jin,Effect of thickness on the dielectric properties of bismuth magnesium niobium thin films deposited by rf magron sputtering (2020) [21] 薛昊 艾晨 王希林 王寒風 周和平 MnO2 摻雜對 陶瓷介電調諧性能的影響 [22] 張淵 立方相焦綠石結構 （ BMN）陶瓷及納米晶的制備、介電性能與微結構表征 南京大學 2020