Zn2Te3O8-30wt％TiTe3O8超低温烧结陶瓷性能及其薄膜电容研究

摘要

近年来,随着网络、电通信、光通讯等技术的发展,容量大、体积小的电集成与光集成技术不断提高。这也促进了微波介质陶瓷及其薄膜化技术的快速发展。然而高介电的微波介质薄膜的处理温度也较高,这就可能增加薄膜的表面粗糙度,影响器件性能,而且与标准金属化工艺互不兼容,因此开发研究低温且介电性能好的材料具有重大意义。
　　本文针对介质薄膜制备后还需高温退火的问题,优选烧结温度低的微波陶瓷作为溅射靶材,实现薄膜低温退火,与金电极共烧。使用射频磁控溅射技术,在被釉Al2O3基片上制备了高品质的微波介质薄膜ZTT(Zn2Te3O8-30wt％TiTe3O8);研究了不同溅射工艺对薄膜介电性能的影响,优化了制备工艺条件;制备了 ZTT薄膜电容,结构为MIM三明治,并进行测试、分析,研究其各项介电性能。得出如下研究结果:
　　1、采用固相反应法制备了 Zn2Te3O8-30wt％TiTe3O8碲基复合微波陶瓷,运用空腔谐振法对 ZTT陶瓷的微波性能进行测试,结果表明:尺寸为12mm×6mm的圆柱型ZTT陶瓷的谐振频率为8.5GHz,εr=25.5,Q×f=56191GHz,tanδ=1.51×10-4,ηf=1.66×10-6/℃,在烧结温度低至600℃的同时该系碲基复合陶瓷的微波性能良好。根据以上结论制备了表面均匀致密无裂纹、直径为141mm、适用于射频磁控溅射设备的ZTT陶瓷靶材。
　　2、采用射频磁控溅射法在被釉Al2O3基片上沉积ZTT介质薄膜,通过改变薄膜制备的工艺参数研究各参数对薄膜性能的影响,并探索了ZTT薄膜的最佳制备工艺。优化的溅射工艺为:溅射功率200W,气压约0.34Pa,衬底温度200℃,氧氩比为1:2。
　　3、研究了退火前后薄膜微结构及介电性能的变化。研究结果表明:ZTT薄膜经退火处理后仍不能晶化,介电常数变化不大,但是薄膜电容的损耗降低。当薄膜的退火温度为380℃时,电容的损耗由原来的1.6％降到0.7％,品质因数明显提高,改善了ZTT薄膜电容的介电性能。
　　4、根据优化的溅射工艺制备了 MIM结构的薄膜电容并对其各项电性能进行了研究:介质薄膜电容的介电常数达到19.6,损耗小于0.5％;介电性能随电压、频率变化不大,具有稳定的介电性能。该 ZTT MIM电容的电容密度达到0.35fF/μm2,品质因数高达190,电压线性度α小于7.5ppm/V2,漏电流密度小于50×10-8A/cm2,而耐压大于100V。因此以ZTT为介质的MIM电容具有较好的电性能,且低温退火能与薄膜金电极共烧,具有较好的研究应用前景。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 介质薄膜

1.3 MIM 电容

1.4 低温烧结微波陶瓷材料

1.5 论文主要研究内容

第二章 实验方法

2.1 介质陶瓷的制备

2.2 介质薄膜的制备方法

2.3 薄膜电极的制备方法

2.4 分析与表征

第三章 陶瓷材料制备

3.1 实验过程

3.2 微波陶瓷性能分析

3.3 靶材制备

3.4 小结

第四章 薄膜制备工艺研究

4.1 实验流程

4.2 基片选择

4.3 薄膜电容的制备

4.4 制备工艺研究结果

4.5 小结

第五章 MIM电容电性能研究

5.1 电容密度与品质因数

5.2 电压特性及漏电流密度

5.3 频率特性

5.4 耐压特性

5.5 小结

第六章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果