[发明专利]一种应力辅助调制的介电可调的复合薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于介电可调薄膜技术领域，涉及一种稳定的介电可调薄膜及其制备方法。

背景技术

移相器是一种重要器件，新一代移相器是介质移相器，介质移相器有许多的优点，它结构简单、体积小、重量轻、耗电量少、响应速度快、插入损耗小、价格低廉，移相方式有数字和模拟两种，能满足各种不同场合的需要。介质移相器又称陶瓷移相器，是利用某些低损耗非线性微波介电陶瓷材料的介电常数随外加电场强度不同而变化的特点，通过改变加在介质上的直流偏置电压的大小来控制信号传输过程中的延时，从而达到移相的目的。在外加直流电场的作用下，介电常数减小的百分比即为介电可调性，其计算公式为：介电可调性 = 介电常数减小量÷介电常数。钛酸锶铅（(Pb,Sr)TiO₃，PST）薄膜就是这种微波介电陶瓷材料，具有优越的介电可调性能，可广泛地用作为介质移相器件的关键材料。除了用作介质移相器外，这种非线性电介质薄膜与高温超导薄膜相结合形成的多层结构，可制备高品质因素（高Q）谐振器，其中心频率可以通过外加偏置电场来调节，从而可以发展一类频率截变的电压调谐微波器件，如退耦电容、滤波调谐器、相阵列天线、便携通信和卫星通信的低相噪声可调本机震荡器等，应用前景乐观。

这类在外加直流电场作用下，介电常数发生变化，即呈现非线性特性的材料主要包括SrTiO₃，(Ba,Sr)TiO₃，(Pb,Sr)TiO₃，(Pb,Ca)TiO₃，Ba(Ti,Sn)O₃，Ba(Ti,Zr)O₃和KTaO₃。就可调介电材料而言，早期研究较多、性能较好的主要是钛酸锶钡(BST)及其掺杂系列。而Yoshitaka Somiya等于2001年在International Journal of Inorganic Materials （Yoshitaka Somiya, Amar S. Bhalla, L. Eric Cross, International Journal of Inorganic Materials 3 (2001) 709–714）介绍发现了钛酸锶铅（PST），它具有较高可调性和相当低的介电损耗，其居里点温度T_c可较容易地调至室温附近，介电温度系数较大，是一种非常适用于电场调节元件的钙钛矿铁电材料。

大量研究表明，高的介电可调性总是出现在居里点附近，温度或者组分稍微偏离居里点，介电可调性将大幅度下降。正如Yoshitaka Somiya等人（Yoshitaka Somiya, Amar S. Bhalla, L. Eric Cross, International Journal of Inorganic Materials 3 (2001) 709–714）所报道的，当Pb含量变化10%的时候，PST的介电可调性从70%迅速下降到5%，当温度改变25~30℃时，介电可调性从70%迅速下降到20%。我们知道器件的工作温度总是会发生变化的，再加上材料在制备过程中很可能产生缺陷等，组分也很可能偏移设计，这样材料的高介电可调性很难得到保证，也即很难得到一种具有高稳定特点的高介电可调性材料及相关器件。