BST频率可调滤波器专题.ppt

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1、铁电及介电薄膜材料铁电及介电薄膜材料在电在电 调谐微波器件上的应用调谐微波器件上的应用余汉祥余汉祥微波可调微波可调 谐谐 器器 件件工作频率或带宽阻抗等参数可受外界因素工作频率或带宽阻抗等参数可受外界因素（比如机械比如机械力场力场、电场磁场等电场磁场等）调控的微波器件调控的微波器件，包括可变电容包括可变电容谐振器滤波器谐振器滤波器、移相器移相器、延迟线延迟线、压控振荡器压控振荡器、阻抗阻抗匹配网络等匹配网络等。铁电薄膜材料（铁电薄膜材料（BSTBST）的优点）的优点1.1.高介电常数（高介电常数（10102 210103 3）3.3.高可调谐率（可达高可调谐率（可达90%90%以上）以上）4.

2、4.调谐速度快（纳秒级）调谐速度快（纳秒级）位移型铁电体位移型铁电体BSTBST属于位移型铁电体属于位移型铁电体,对应的是位移型相变对应的是位移型相变,即由于即由于原子的非谐振动原子的非谐振动,其平其平衡位置相对于顺电相可以衡位置相对于顺电相可以 发生发生偏移偏移,从而导致自发极化从而导致自发极化 。BSTBST是典型的钙钛矿结构。是典型的钙钛矿结构。钙钛矿结构钙钛矿结构BSTBST薄膜制备薄膜制备CPLCPL技术：采用高功率的准分子激光技术：采用高功率的准分子激光器或器或COCO2 2激激光器产生脉冲光器产生脉冲 激光束照射靶材烧蚀剥离出分子激光束照射靶材烧蚀剥离出分子或分子团并沉积在加热的

3、衬底基片上形成薄膜或分子团并沉积在加热的衬底基片上形成薄膜 。BSTBST薄膜性能的优化薄膜性能的优化FOMFOM为品质因子，衡量材料的综合为品质因子，衡量材料的综合介电性能介电性能该式表明可调微波器件用的铁电材料在介电性能该式表明可调微波器件用的铁电材料在介电性能方面必须同时具有尽可能大的介电调谐率以及尽方面必须同时具有尽可能大的介电调谐率以及尽可能小的介电损耗可能小的介电损耗。掺杂掺杂对对BSTBST薄膜的掺杂研究通常是为了获得更低的介电损薄膜的掺杂研究通常是为了获得更低的介电损耗和漏电流耗和漏电流。掺杂离子占据。掺杂离子占据B B位，成为受主掺杂。可位，成为受主掺杂。可以中和氧空位的施主

4、行为，减小以中和氧空位的施主行为，减小BSTBST薄膜中的电子浓薄膜中的电子浓 度，增度，增 大大 BST BST薄膜薄膜/电极界面的肖特基势垒高度或者电极界面的肖特基势垒高度或者 增大耗尽层宽度促使肖特基电子发射电流或者隧穿电增大耗尽层宽度促使肖特基电子发射电流或者隧穿电 流减小。流减小。组分梯度变化多层膜组分梯度变化多层膜构造组分梯度变化的构造组分梯度变化的BSTBST多层薄膜可以获得比组分均多层薄膜可以获得比组分均 匀的匀的BSTBST单层薄膜大近单层薄膜大近3 3倍的介电调谐率倍的介电调谐率。具有组分具有组分梯度变化的梯度变化的BSTBST多层薄膜的介电性能具有更佳的温度多层薄膜的介电

5、性能具有更佳的温度稳定性稳定性，可在更宽的温度范围内同时具有高的调谐率可在更宽的温度范围内同时具有高的调谐率 和低的介电损耗和低的介电损耗。纳米铁电多层薄膜纳米铁电多层薄膜利用合适的衬底控制薄膜的厚度改变薄膜的应变利用合适的衬底控制薄膜的厚度改变薄膜的应变 可可提高提高外延薄膜的铁电居里温度外延薄膜的铁电居里温度和极化强度。铁电超晶和极化强度。铁电超晶格或纳米铁电多层薄膜存格或纳米铁电多层薄膜存在薄膜在薄膜/衬底衬底、薄膜薄膜/薄膜薄膜 等界面介电铁电增强效应十分明显等界面介电铁电增强效应十分明显。纳米铁电多层薄。纳米铁电多层薄膜可采用几膜可采用几十纳米的层厚十纳米的层厚，因而制备纳米铁电多层

6、薄因而制备纳米铁电多层薄膜不需要复杂的设备膜不需要复杂的设备，工艺简单工艺简单，可适用于规模化生可适用于规模化生产产。新型介电薄膜材料新型介电薄膜材料BiBi2 2O O3 3-ZnO-Nb-ZnO-Nb2 2O O5 5（BZNBZN）薄膜也具有介电常数随电薄膜也具有介电常数随电场非线性变化的特性场非线性变化的特性。其具有典型的绿石型相结构。其具有典型的绿石型相结构。新型介电薄膜材料新型介电薄膜材料BZNBZN的的突出优点是即使在微波波段损耗依然很低突出优点是即使在微波波段损耗依然很低。BNZBNZ薄膜的温度系数也较低薄膜的温度系数也较低,而且不同组分的而且不同组分的BNZBNZ薄薄膜分别具

7、有正的膜分别具有正的、负的温度系数负的温度系数,通过构造多组分多通过构造多组分多层膜有可能得到温度系数接近零的介电薄膜层膜有可能得到温度系数接近零的介电薄膜,在微波在微波领域有很好的潜在应用前景领域有很好的潜在应用前景 。展望展望利用纳米铁电多层薄膜的调控技术利用纳米铁电多层薄膜的调控技术，结合掺杂改性效结合掺杂改性效 应应，对具有组分梯度变化的纳米铁电多层薄膜的制备对具有组分梯度变化的纳米铁电多层薄膜的制备工艺进行科学设计工艺进行科学设计，掌握纳米铁电掌握纳米铁电BSTBST多层薄膜的微多层薄膜的微结构及界面特性与其介电调谐性能之间的关联规律结构及界面特性与其介电调谐性能之间的关联规律，从而获得介电性能优良的从而获得介电性能优良的、可供高性能铁可供高性能铁/电介电薄电介电薄膜微波调谐器件制作的纳米铁电膜微波调谐器件制作的纳米铁电BSTBST多层薄膜多层薄膜。