[发明专利]一种微波可调器件用复合型铁电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的微波可调器件用铁电薄膜及其制备方法。

背景技术

铁电薄膜具有铁电性、高介电性、压电性、热释电性、电光效应、声光效应、热光效应、光折变效应、非线性光学效应等优异的性能，因而可以利用这些性质中的一种，也可以通过交叉耦合综合利用两种或两种以上的性质制作功能器件，还可以与其他材料的功能效应结合制作功能器件。尤为突出的是，铁电薄膜用于微波可调谐器件(如用于相控阵雷达的微波移相器)所需的低电压以及制作的低成本使得薄膜的研究成为当前的一个热点。铁电薄膜的研究主要集中在BaTiO₃(BT)、(Ba，Sr)TiO₃(BST)、Pb(Zr，Ti)O₃(PZT)、(Pb，La)TiO₃(PLT)、(Pb，La)(Zr，Ti)O₃(PLZT)、Ba(Zr，Ti)O₃(BZT)等上。其中，BST薄膜由于拥有高介电常数，低介电损耗，很小的漏电流等良好的介电性质，成为人们研究的重点。但是，BST薄膜在微波频率下具有较大的介电损耗，这就限制了BST薄膜在微波器件方面的应用。目前为止，已经有大量的研究者通过复合、掺杂改性等方式来改善钛酸钡基铁电薄膜的综合性能，以满足微波可调谐器件的应用要求。

Mg₂TiO₄具有尖晶石结构，属于立方晶系，是一种性能优良的传统低介电常数微波材料。对于BST与Mg₂TiO₄，MgSiO₄等复相陶瓷材料，Xiujian Chou，Ying Chen等已做了相关的研究报道，这类材料在具有较低介电常数的同时保持了较高的介电调谐率和低的介电损耗，能够很好地满足微波调谐器件的要求。与陶瓷块体材料相比，薄膜材料具有驱动电压低、适用于高度集成化的电路的特点。然而，到目前为止，关于这种复合结构薄膜(同时保持较低介电常数、高介电调谐率和低介电损耗)的研究尚未见报道。

目前研究和使用较多的复合薄膜的制备技术主要有溅射法、激光闪蒸法(PLD)及溶胶凝胶法。溅射法和激光闪蒸法所需设备昂贵，难以大面积成膜。溶胶-凝胶以其化学计量比控制准确、成膜面积大且均匀、设备简单等优势而为人们所采用。然而，到目前为止关于采用溶胶凝胶法制备微波介质材料与钛酸锶钡的复合型铁电薄膜的内容还鲜有报道。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的不足，提供一种具有较低的介电常数，良好的介电可调性，介电损耗低，可以应用于微波可调器件中的复合型铁电薄膜。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种微波可调器件用复合型铁电薄膜，其特征在于，按照摩尔百分比由30％～40％的Mg₂TiO₄和70％～60％Ba_(1-x)Sr_xTi_0.85Mg_0.15O₃(x＝0.40～0.60)的组成。

本发明的另一目的是提供一种制备微波可调器件用复合型铁电薄膜的方法，其特征在，包括以下步骤：

A、按照Ba_(1-x)Sr_xTi_0.85Mg_0.15O₃(x＝0.40～0.60)的化学配比，先将醋酸钡、醋酸锶、硝酸镁在冰醋酸和水的混合溶液中加热至沸腾，待冷却至室温时，再加入钛酸四正丁酯和乙酰丙酮的混合溶液，形成Ba_(1-x)Sr_xTi_0.85Mg_0.15O₃溶液；

B、按照Mg₂TiO₄的化学配将硝酸镁的乙二醇乙醚溶液与钛酸四正丁酯的乙酰丙酮溶液混合，形成Mg₂TiO₄溶液；将步骤A获得的溶液与Mg₂TiO₄溶液混合，并用冰醋酸和一定量水调整溶液的摩尔浓度至0.10～0.20M，放置24小时后形成前驱体溶胶用来制备薄膜；

C、将步骤B获得的前驱体溶胶通过旋转涂覆的方法在Pt(1 1 1)/Ti/SiO₂/Si(1 0 0)基底上制成凝胶膜，旋转速度为2900～3100转/分，时间为10～30秒；