【正文】 .....13 濺射氣壓對(duì) BMN 薄膜表面形貌的影響 ...............................................................13 濺射氣壓對(duì) BMN 薄膜電性能的影響 ...................................................................14 第四章 結(jié)論 ..................................................................................................................17 參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................18 致謝 ..................................................................................................................................19 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 BMN 薄膜的研究背景及意義 所謂介電可調(diào)薄膜材料是指一種介電常數(shù)會(huì)隨著外加偏壓電場(chǎng)的變化而發(fā)生明顯變化的材料。這對(duì)微波器件的尺寸、靈敏度、響應(yīng)速度、工作電壓以及成本方面便提出了很高的要求 [1]。 BST 材料兼具有高介電調(diào)諧率和高介電常數(shù)的特點(diǎn) [2]。通常用相對(duì)介電調(diào)諧率 nr表示 [16,17]: nr=[ε(0) ε(E0)]/ ε(0) 其中， ε0 為外加偏置電場(chǎng)為零時(shí)材料的介 電常數(shù) ,ε(E0) 代表外加電場(chǎng)強(qiáng)度為 E0時(shí)材料的介電常數(shù) [2]。 我們通常希望制備得到的可調(diào)材料既具有較高的介電調(diào)諧率，又有較低的介電損耗 [2]。本文研究的鈮酸鉍鎂 （ BMN）鉍基立方焦綠石結(jié)構(gòu)薄膜材料 [5],是用 Mg2+來(lái)代替 BZN 材料中的 Zn2+離子而得到的 ,相比原 BZN 材料，不但具有更高的介電調(diào)諧率 ,而且保持其低介電損耗值的良好特性 [1]。Bi2Mg2/3Nb4/3O7 屬于單斜晶系，通常制備溫度較低，同時(shí)用于較小的介電損耗和漏電流密度 [14]，適用于制備嵌入式電容 [2]。圖中， B2O6八面體和 A2O′四面體相互套構(gòu)，共同形成了相互作用力較弱的晶體結(jié)構(gòu) [2]。 在以往的研究中 ,認(rèn)為 BZN 薄膜材料的介電調(diào)諧機(jī)制與立方焦綠石結(jié)構(gòu)A2B2O6O39。該工藝過(guò)程可以主要分成制備粉料、成型生坯和樣品燒結(jié)三個(gè)主要過(guò)程 [19]。球磨時(shí)間為 8 小時(shí)。由于陶瓷粉料的顆粒細(xì)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。為了減少燒結(jié)過(guò)程中粘結(jié)劑的快速排出，導(dǎo)致靶材內(nèi)部含有大量氣孔以及內(nèi)應(yīng)力分布不均勻的情況，燒結(jié)前，需要對(duì)靶材生坯進(jìn)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。接著在燒結(jié)溫度下保溫 210h，使得各組分發(fā)生充分的物理變化和化學(xué)反應(yīng)，接著隨爐冷卻至室溫，即可獲得結(jié)構(gòu)致密的陶瓷靶材。 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(yù)處理的襯底固定在基板支架上。 電容結(jié)構(gòu) BMN 薄膜樣品的制備 為了測(cè)試 BMN 薄膜樣品的介電性能 ,需要將薄膜樣品制備成電容結(jié)構(gòu)薄膜電容器結(jié)構(gòu)一般米用 CP結(jié)構(gòu) ,即共面電容器 (colanar capacitor)結(jié)構(gòu)或是 MIM結(jié)構(gòu) ,即平行板電容器 (metalinsulatormetal)結(jié)構(gòu) [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(cè)試頻率 )的函數(shù) ,即 : 第二章 研究方法與實(shí)驗(yàn) 10 Qleakage=ωC/Gdc QEiectrode=1/ωRsC 故平行板電容器的品質(zhì)因子為頻率的函數(shù) [1]。這要求我們?cè)O(shè)計(jì)器件的時(shí)候也要考慮其尺寸帶來(lái)的影響 [1]。 Pt底電極由所構(gòu)襯底直接提供，定電極通過(guò) JFC1600 型離子濺射儀制備。?? ?? （ 21） 式（ 31）中 39。隨著濺射氣壓的升高，BMN 薄膜顯示出明顯的（ 222）擇優(yōu)取向 。表面形貌的改善是因?yàn)?在較低的氣壓范圍內(nèi) ， 濺射粒子在輝光中受到碰撞的幾率較小， 小晶粒無(wú)法在碰撞中團(tuán)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(tuán)聚為較大晶粒，且晶粒在不斷碰撞過(guò)程中變得大小均一，所得到的薄膜變得平整； 當(dāng)濺射氣壓進(jìn)一步升高， 晶粒間過(guò)多的碰撞使晶粒得 達(dá)襯底表面時(shí)的能量過(guò)低 ，晶粒尺寸減小，這對(duì)薄膜的成膜速率也產(chǎn)生一定的影響。 在 10 kHz–1 MHz 的頻率范圍內(nèi)， 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。南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第四章 結(jié)論 本實(shí)驗(yàn)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(duì) BMN薄膜的相結(jié)構(gòu)、表面形貌以及介電性能的影響。 參考文獻(xiàn) 18 參考文獻(xiàn) [1] 黎彬 蔣書(shū)文 介電可調(diào) BMN 薄膜及變?nèi)莨苤苽溲芯浚?2020） [2] 肖勇 蔣書(shū)文 可調(diào) BMN 薄膜介電損耗機(jī)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(diào) PST 薄膜 [4] 高虹 朱明康 呂憶農(nóng) 劉云飛 Ar/O2 對(duì)磁控濺射法制備 薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響 《南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版》 2020 [5] 肖勇 許程源 張光強(qiáng) 蔣書(shū)文 薄膜的介電損耗機(jī)理研究 《電子元件與材料》 2020 [6] 蔣書(shū)文 李汝冠 王魯豫 劉興釗 李言榮 介電可調(diào)薄膜材料及壓控微波器件研究 《電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)》 2020 年 [7] 華強(qiáng) 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(xué) [8] 陳萬(wàn)海 吳文彪 孟中巖 微波調(diào)諧器件用鈦酸鍶鋇基非線性介質(zhì)薄膜介電調(diào)諧性能的研究 [9] 彭東文 孟中巖 鈦酸鍶鋇非線性介質(zhì)薄膜的高介電調(diào)諧率和低介電損耗的研究 [10] 陳鵬 立方燒綠石結(jié)構(gòu) BZN薄膜的制備及介電可調(diào)性研究 電子科技大學(xué) 2020 [11] 霍慶 松 襯底及壓強(qiáng)對(duì)磁控濺射 ZnO 薄膜表面形貌的影響 《山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)》 2020 [12] 鐘家剛 多鐵性無(wú)鉛復(fù)合薄膜的制備和鐵電、鐵磁性能研究 合肥工業(yè)大學(xué) 2020 年 [13] 宋陽(yáng) 周勇 蔣書(shū)文 濺射氣壓對(duì) 電子科技大學(xué)電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 [14] 曹洋 朱孔軍 裘進(jìn)浩 龐旭明 顧洪匯 鄭紅娟 季宏麗 鈮酸鉀鈉無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法 研究 南京航空航天大學(xué)智能材料與結(jié)構(gòu)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 [15] 馮萍 楊麗 曹萬(wàn)強(qiáng) 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(xué)》 2020 [17] 劉紅飛 張志萍 程曉農(nóng) 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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 大學(xué) [18] 磁控濺 射參數(shù)對(duì) BaSrTiO3薄膜擇優(yōu)取向生長(zhǎng)的影響 期刊論文 [19] 李在映 BZN 陶瓷介電性能研究 西華大學(xué) 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(fēng) 周和平 MnO2 摻雜對(duì) 陶瓷介電調(diào)諧性能的影響 [22] 張淵 立方相焦綠石結(jié)構(gòu) （ BMN）陶瓷及納米晶的制備、介電性能與微結(jié)構(gòu)表征 南京大學(xué) 2020