基于MEMS技术的钛酸锶钡铁电薄膜及可调电容器研究

摘要

随着无线通讯技术的迅速发展，人们对无线通讯终端设备的需求趋向于微型化。同时，人们对无线通讯的带宽要求更高，因此需要更高的通讯频率。然而对于高频信号而言，分立器件间存在着较多的寄生效应，且占据较大的空间。这些因素给设计、应用都提出了很大的挑战。因此，迫切需要开发高性能的射频材料。在这种背景下，BaxSr1-xTiO3（BST）重新成为人们研究的热点。 工作在顺电相的BST材料具有较高、且稳定的介电性能，同时介电常数随外加偏压而改变。而Ba0.5Sr0.5TiO3常温下为顺电相，具有较高的介电性能，这使得Ba0.5Sr0.5TiO3材料成为未来移相器、滤波器、变容器及旁路电容等器件潜在的应用材料。但是在实际应用和研究中还存在着一系列问题：介电可调性能与损耗性能存在着矛盾。本文通过射频磁控溅射工艺制备了（100）择优取向LaNiO3薄膜，并以此为缓冲层沉积Ba0.5Sr0.5TiO3铁电薄膜。研究表明，LNO缓冲层的引入促进了BST（100）择优取向，介电可调率由30％提高到45％，无缓冲层的电容损耗为0.2，引入后减小为0.05。进一步研究了缓冲层薄膜与铁电薄膜厚度对介电性能的影响，分析了影响薄膜性能的理论机制。创新性的提出：可以通过适当控制缓冲层厚度，在较小的BST厚度条件下，获得较高的介电常数和介电调谐性能。 在获得介电性能良好的薄膜的基础上，本文基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)微细加工技术制备了平行平板电容和共面波导结构，建立了低频、高频测试的模型，并分别测量了低频(1MHz)、高频（0-20GHz）下材料的相对介电常数和介电损耗。