买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：天津大学

摘要：本发明公开了一种BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的制备方法，先将BZN即Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7靶材和BTS即BaSn0.15Ti0.85O3靶材与PtTiSiO2Si衬底放入磁控溅射样品台上；系统的本底真空抽至1.0×10‑7‑1.0×10‑3Pa，加热衬底至400～700℃，使用Ar和O2作为溅射气体，溅射功率为50～200W，沉积得到BTS薄膜层，薄膜厚度为150nm‑800nm，然后在100‑2000Pa的氧气中原位退火5‑60min；再将制品于系统中进行BZN薄膜层沉积，薄膜厚度为20nm‑200nm，制得BZNBTS异质结构介电调谐薄膜。本发明介电损耗低，调谐率高，且器件稳定性好，为电子通讯设备的开发和应用提供了优良的电子元器件基础。

主权项：1.一种BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的制备方法，具体步骤如下：1采用固相烧结法制备BZN即Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7靶材和BTS即BaSn0.15Ti0.85O3靶材；2将清洁干燥的PtTiSiO2Si衬底放入磁控溅射样品台上；3将磁控溅射系统的本底真空抽至1.0×10-7-1.0×10-3Pa，然后加热衬底至400～700℃；4在步骤3系统中，使用Ar和O2作为溅射气体，溅射功率为50～200W，衬底和靶材距离为40-120cm，进行沉积得到BTS薄膜层，薄膜厚度为150nm-800nm；然后在100-2000Pa的氧气中原位退火5-60min；5步骤4停止后，取出制品，并放置在脉冲激光沉积系统中进行BZN薄膜层沉积，本底真空抽至1.0×10-7-1.0×10-3Pa，然后加热衬底至400～700℃，氧压为3-30Pa，激光频率3-8Hz，激光能量200-600mJ，衬底和靶材距离为40-80cm，薄膜厚度为20nm-200nm，制得BZNBTS异质结构介电调谐薄膜；6步骤5结束后，在BZNBTS异质结构介电调谐薄膜上面利用掩膜版制备金属电极，进行介电调谐性能测试。

全文数据：一种BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的制备方法技术领域[0001]本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种BZNBTS异质结构薄膜压控变容管及其制备方法。背景技术[0002]介电调谐薄膜在微波电压可调元器件领域有着广阔的应用前景，如电压可调滤波器、变容管、谐振器和移相器等。由于其制备技术可与半导体集成电路技术相兼容，使得开发研究集半导体大规模集成电路与铁电薄膜的铁电、压电、热释电、电光、非线形光学等诸多功能于一体的多功能电路、器件和系统成为可能，应用前景非常可观。钛酸锶钡BST是目前最常被研宄和应用的介电调谐薄膜材料，但是其介电损耗过高0.02，严重限制了其更广泛的应用。因此，急需开发一种新型的高性能介电调谐薄膜材料。[0003]钛锡酸钡BaSnQ.15Ti.8503，BTS薄膜不但具备高的介电调谐率（50%，而且其介电损耗相对于钛酸锶钡较低（〜0.01。但是该介电损耗仍然不能满足应用要求。最近Bii.5Zm.QNh.507BZN也开始步入研究者的视野，其具有较低的介电损耗〇.0006，且具有一定的介电调谐特性。为了降低BTS介电调谐薄膜的介电损耗，我们尝试将BTS薄膜表面上制备一层薄的BZN薄膜，从而获得BZNBTS异质结构的介电调谐薄膜，并发现在介电调谐率仍然保持较高水平，其损耗却大大降低。发明内容[0004]本发明的目的，是在现有技术的基础上，开发一种新型的高性能介电调谐薄膜材料，提供一种BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的制备方法[0005]本发明通过如下技术方案予以实现。[0006]一种BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的制备方法，具体步骤如下：[0007]1采用固相烧结法制备BZNS卩Bh.5Zm.oNh.5O7耙材和BTS即BaSn〇.15Ti.8503靶材。[0008]2将清洁干燥的PtTiSi02Si衬底放入磁控溅射样品台上；[0009]3将磁控溅射系统的本底真空抽至1.〇X1T7_1.0X10_3Pa，然后加热衬底至400〜70TC;[0010]⑷在步骤⑶系统中，使用Ar和〇2作为溅射气体，溅射功率为50〜200W，进行沉积得到BTS薄膜层，衬底和靶材距离为40-120cm，薄膜厚度为150nm-800nm;然后在100-2000Pa的氧气中原位退火5-60min。5步骤4停止后，取出制品，并放置在脉冲激光沉积系统中进行BZN薄膜层沉积，本底真空抽至1.0X10-7-l.〇XlT3pa，然后加热衬底至400〜700°C，氧压为3_3〇Pa，激光频率3_8Hz，激光能量200-600mJ，衬底和靶材距离为40_80cm，薄膜厚度为20nm-200nm，制得BZNBTS异质结构介电调谐薄膜；[0012]⑹步骤⑸结束后，在BZNBTS异质结构介电调谐薄膜上面利用掩膜版制备金属电极，进行介电调谐性能测试。L〇〇13」所述步骤⑴BiuZmQNbl5〇7薄膜，原料Bi2〇3、Zn0和他北的质量纯度均在99%以上;BaSno.isTio.ssO3薄膜，原料的质量纯度均在99%以上。[OOM]所述步骤4和步骤（5的Ar和〇2的纯度均在99_99%以上，磁控溅射系统中的氧气和氩气的分压比在115与14之间。[0015]所述步骤4和步骤¾沉积得到的薄膜层厚度通过调节工艺参数或者沉积时间来控制。[0016]所述步骤⑹的电极的制备方法为磁控溅射法或蒸镀法。[0017]所制备的BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的介电调谐率彡5〇%@l〇〇KHz，介电损耗0.01〇[0018]本发明公开的BZNBTS异质结构介电调谐薄膜介电损耗低，调谐率高，且器件稳定性好，为电子通讯设备的开发和应用提供了优良的电子元器件基础。附图说明[0019]图1是BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的结构示意图；[0020]图2是BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的介电性能电场调谐和介电损耗图谱。[0021]图1中的附图标记如下：[0022]1---金电极2---为BZN薄膜层[0023]3---BTS薄膜层4---为铀金层[0024]5---为钛层6---Si〇2层[0025]7---桂层具体实施方式[0026]下面结合具体实施例的阐述，进一步说明本发明的实质特点和显著的进步，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。[0027]实施例1[0028]1将烧制好的BaSnQ.15Ti〇.85〇3靶材装置在磁控溅射靶头上，将Bh.5Zm.oMn.507靶材装在脉冲激光沉积靶头上。[0029]⑵将PtTiSi02Si衬底清洗，以N2吹干并放入磁控溅射样品台上。[0030]⑶将磁控溅射系统的本底真空抽至4.0XlT4Pa，然后加热衬底至650°C。[0031]4以高纯99.99%Ar和02作为溅射气体，氩气和氧气的流量比为17:3,溉射气压为1.OPa，溅射功率为80W，衬底和靶材距离为60cm，进行沉积得到BTS薄膜，沉积得到的薄膜厚度为210nm，可以通过调节工艺参数或者沉积时间控制薄膜厚度。然后在lOOOPa的氧气中原位退火20min。[0032]5将⑷中制备好的BTS薄膜放置在脉冲激光沉积样品台上进行BZN薄膜沉积。本底真空抽至4.0XlT4Pa，然后加热衬底至650°C，氧压为10Pa，激光能量为3〇OmJ，衬底和靶材距离为60cm，频率为：3Hz，沉积BZN薄膜厚度为50nm，制得BZNBTS异质结构介电调谐薄膜。[0033]⑹步骤⑸结束后，通过热蒸镀在BZNBTS异质薄膜表面利用掩膜版制备直径为0.2mm的Au电极。[0034]图1是BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的结构示意图。由上至下依次为金电极1，BZN薄膜层2，BTS薄膜层3,铂金层4,钛层5，Si02层6,硅层7。（4、5、6、7组成衬底）。[0035]图2为BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的介电性能（电场调谐和介电损耗）图谱，可见在424kVcm的偏置电场下调谐率为〜52%，介电损耗为〜0.005。[0036]实施例2[0037]1将烧制好的BaSnQ.15Ti.85〇3耙材装置在磁控溅射靶头上，将Bh.5Zm.oNbi.507靶材装在脉冲激光沉积靶头上。[0038]⑵将PtTiSi02Si衬底清洗，以N2吹干并放入磁控派射样品台上。[0039]⑶将磁控濺射系统的本底真空抽至8.0X10_4Pa，然后加热衬底至700°C。[0040]4以高纯99.99%Ar和02作为溅射气体，氩气和氧气的流量比为17:2。溅射气压为2.OPa，溅射功率为100W，衬底和靶材距离为50cm，进行沉积得到BTS薄膜，沉积得到的薄膜厚度为400nm，可以通过调节工艺参数或者沉积时间控制薄膜厚度。然后在1200Pa的氧气中原位退火30min。[0041]5将⑷中制备好的BTS薄膜放置在脉冲激光沉积样品台上进行BZN薄膜沉积。本底真空抽至4•0X10_4Pa，然后加热衬底至650°C，氧压为15Pa，激光能量为300mJ，频率为5Hz，衬底和靶材距离为60cm，沉积BZN薄膜厚度为80nm，制得BZNBTS异质结构介电调谐薄膜。[0042]⑹步骤⑸结束后，通过热蒸镀在BZNBTS异质薄膜表面利用掩膜版制备直径为0.2mm的Au电极。[0043]制备获得的BZNBTS异质结构介电调谐薄膜在424kVcm的偏置电场下调谐率为〜55%，介电损耗为〜0.008。[0044]实施例3[0045]1将烧制好的BaSnQ.15Ti.8503耙材装置在磁控溅射靶头上，将Bh.sZm.oNbuOy祀材装在脉冲激光沉积靶头上。[0046]2将PtTiSi02Si衬底清洗，以N2吹干并放入磁控溅射样品台上。[0047]3将磁控溅射系统的本底真空抽至6.0XlT4Pa，然后加热衬底至500°C[0048]4以高纯99.99%Ar和02作为溅射气体，氩气和氧气的流量比为11:2。濺射气压为5.0Pa，派射功率为120W，进行沉积得到BTS薄膜，衬底和靶材距离为70cm，沉积得到的薄膜厚度为150nm，可以通过调节工艺参数或者沉积时间控制薄膜厚度。然后在500Pa的氧气中原位退火lOmin[0049]5将4中制备好的BTS薄膜放置在脉冲激光沉积样品台上进行BZN薄膜沉积。本底真空抽至4.0XlT4Pa，然后加热衬底至650°C，氧压为10Pa，激光能量为200mJ，频率为3Hz，衬底和靶材距离为80cm，沉积BZN薄膜厚度为30mn，制得BZNBTS异质结构介电调谐薄膜。[0050]¢3步骤5结束后，通过热蒸镀在BZNBTS异质薄膜表面利用掩膜版制备直径为0.2mm的Au电极。[0051]制备获得的BZNBTS异质结构介电调谐薄膜在424kVcm的偏置电场下调谐率为〜53%，介电损耗为〜0.006。[0052]实施例4[0053]⑴将烧制好的BaSno.isTi〇.85〇3祀材装置在磁控溅射靶头上，将Bii.5Zni.oNbi.5〇7靶材装在脉冲激光沉积靶头上。[0054]2将PtTiSi02Si衬底清洗，以N2吹干并放入磁控濺射样品台上。[0055]⑶将磁控溅射系统的本底真空抽至4.0X10_4Pa，然后加热衬底至70TC。[0056]4以高纯99.99%Ar和02作为溅射气体，氩气和氧气的流量比为n:2。溅射气压为5.OPa，溅射功率为120W，进行沉积得到BTS薄膜，衬底和靶材距离为40cm，沉积得到的薄膜厚度为8〇〇nm，可以通过调节工艺参数或者沉积时间控制薄膜厚度。然后在1500Pa的氧气中原位退火l〇min[0057]⑸将⑷中制备好的BTS薄膜放置在脉冲激光沉积样品台上进行BZN薄膜沉积。本底真空抽至4•0Xl〇_4Pa，然后加热衬底至65TC，氧压为20Pa，激光能量为500mJ，频率为6Hz，衬底和靶材距离为200cm，沉积BZN薄膜厚度为200nm，制得BZNBTS异质结构介电调谐薄膜。[0058]6步骤5结束后，通过热蒸镀在BZNBTS异质薄膜表面利用掩膜版制备直径为0.2mm的Au电极。[0059]制备获得的BZNBTS异质结构介电调谐薄膜在424kVcm的偏置电场下调谐率为〜50%，介电损耗为〜0.005。

权利要求：1.一种BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的制备方法，具体步骤如下：⑴采用固相烧结法制备BZNS卩扮1.52111.他1.5〇7靶材和町8即83511〇.151^.85〇3靶材。⑵将清洁干燥的PtTiSi02Si衬底放入磁控溅射样品台上；⑶将磁控溅射系统的本底真空抽至1.0X1T7-1.0Xl〇-3Pa，然后加热衬底至400〜700°C；4在步骤3系统中，使用Ar和02作为派射气体，派射功率为50〜2〇OW，衬底和靶材距离为40-120cm，进行沉积得到BTS薄膜层，薄膜厚度为150nm-800nm;然后在100-2000Pa的氧气中原位退火5-60min。5步骤4停止后，取出制品，并放置在脉冲激光沉积系统中进行BZN薄膜层沉积，本底真空抽至1•0X1T7-1•0X10_3Pa，然后加热衬底至400〜700°C，氧压为3-30Pa，激光频率3_8Hz，激光能量200-600mJ，衬底和靶材距离为40-80cm，薄膜厚度为20nm-200nm，制得BZNBTS异质结构介电调谐薄膜；⑹步骤5结束后，在BZNBTS异质结构介电调谐薄膜上面利用掩膜版制备金属电极，进行介电调谐性能测试。2.根据权利要求1所述的一种BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤⑴BiuZni.oNbi.sO7薄膜，原料Bi203、Zn0和Nb2〇5的质量纯度均在99%以上；BaSn〇.i5Ti〇.85〇3薄膜，原料BaC〇3、Ti〇2和Sn〇2的质量纯度均在99%以上。3.根据权利要求1所述的一种BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤⑷和步骤5的Ar和〇2的纯度均在的以上，磁控派射系统中的氧气和氩气的分压比在115与14之间。4.根据权利要求1所述的一种BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤4和步骤5沉积得到的薄膜层厚度通过调节工艺参数或者沉积时间来控制。5.根据权利要求1所述的一种BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤6的电极的制备方法为磁控溅射法或蒸镀法。6.根据权利要求1所述的一种BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的制备方法，其特征在于，所制备的BZNBTS异质结构介电调谐薄膜的介电调谐率50%@1OOKHz，介电损耗0.0!〇'

百度查询： 天津大学 一种BZN/BTS异质结构介电调谐薄膜的制备方法