溶胶－凝胶法制备钛酸锶钡薄膜及其介电性能研究

摘要

本文以乙酸钡、乙酸锶和钛酸四丁酯为主要原料，采用溶胶－凝胶（sol-gel）法制备BST薄膜，研究薄膜的制备工艺、微结构和介电性能之间的关系。 为优化薄膜制备工艺，研究了各种化学添加剂对溶胶的粒度分布、均匀性和稳定性的影响。实验发现乙二醇的加入将明显增大溶胶粒度分布的主峰值并有利于提高溶胶的均匀性和稳定性，乙酰丙酮的加入将显著减小溶胶粒度分布的主峰值。随着去离子水加入量的增大，溶胶粒度分布的主峰值呈现增大的趋势，但过量去离子水的加入将降低溶胶的均匀性和稳定性；另一方面，去离子水加入量的不足对BST薄膜的微结构和漏电流特性是不利的。 本文通过对溶胶制备工艺的优化，薄膜制备过程中退火温度、底电极和掺杂等的研究，在Pt/Cr/SiO2/Si衬底上制备的Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜获得了最佳的调谐性能：损耗正切在1MHz时为0.005，调谐量和优化因子在100KHz和10V外加偏压下分别为46.1％和27.6，漏电流密度在3V外加偏压下为2.6×10-7A/cm2，达到了铁电移相器对BST薄膜的介电性能的要求。