《六方鈣鈦礦介質薄膜的結構調製與微波介電特性研究》是依託清華大學，由張效華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：六方鈣鈦礦介質薄膜的結構調製與微波介電特性研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張效華
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
伴隨微波集成線路的突飛猛進，微波介質薄膜化是器件發展的重要趨勢。六方層狀鈣鈦礦介質薄膜具有潛在套用價值。本申請擬通過晶體結構調製與元素取代，採用溶膠凝膠工藝和射頻磁控濺射方法，在不同襯底上得到結構緻密、均勻的六方層狀鈣鈦礦AnBn-1O3n薄膜（A：Ba，La，Nd，B：Ti，Nb，Ta，Zr）。系統研究新型六方層狀鈣鈦礦薄膜的晶體結構和微波介電特性。探討薄膜的層狀結構、晶體生長、應力狀態與微波極化回響、頻率溫度係數之間的關聯，實現高頻介電特性的改善。通過離子占位，晶體結構和化學鍵揭示薄膜的微觀極化回響機制，同時探討薄膜的傳導、電阻退化與弛豫機制，提供促使擊穿和局才榜電阻退化的缺陷濃度，種類和激活能的物理信息，進而研究微波損耗機制。為六方層狀鈣鈦礦薄戰整記膜的器件設計提供實驗基礎和理論依據。
結題摘要
隨著微波通訊技術等高科技領域的迅猛發展，微波器件的小型化、薄層化、高頻化和低功耗成為重要的發展方向，微波介質是微波通訊技術的關鍵性基礎之一。本章節以中介、高介微波介質陶瓷為研究對象，採用傳統的固相反應法，合成了六方鈣鈦礦陶瓷，鎢青銅結構的鋇釹鈦陶瓷，系統探討了晶體結構相變、微波介電性能特徵，並藉助TSDC、介電溫譜研究了陶瓷中的缺陷類型與弛豫特性，對非本徵損耗進行了探討。實驗中製備了六方鈣鈦礦Ba0.6Sr0.4La4Ti4O15，並通過分別加入TiO2，Ba5Nb4O15，CaTiO3，助燒劑等調節其燒結特性和微波介電特性，成功獲得了近零的頻獄嫌率溫度係數。同時採用TSDC譜分析了BSLT系列陶瓷的微波損耗機制，發現以氧空位為主的空間電荷貢獻了非本徵損耗。實驗中也製備了BaNd1.76Bi0.24Ti5O14微波介質陶瓷，研究了去極化影響與微波損耗之間的關聯，發現兩種弛豫峰源自於陷阱電荷和氧空位。MLCC介質薄層在工作時會受到溫度場、應力場及電場的作用。外場及多場作用對MLCC介電性能的影響是考察其穩定性及可靠性的主要技術途徑之一。以Y5V、X7R型BaTiO3基MLCC為研究對象，分析MLCC電性能與可靠性及其影響因素，分析MLCC器件的疲勞以及探討氧空位對疇的釘扎。通過介電頻譜，溫譜分析其介電特性的回響。研究其極化回響、電阻退化與熱激勵去極化電流(TSDC)之間的相關性。在外加直流偏壓電場下，Y5V、X7R型電容器的介電常數下降，同時居里溫度(Tc)隨外加偏壓場的增加向高溫方向移動。通過P-E曲線的測量和疲勞測試得到電滯回線， X7R的回線明顯展現出“束腰”現象。Y5V、X7R兩種電容器的儲能密度遙定立分別達到了3.7 和2.6 J/cm3，同時儲能效率逐漸隨外場的增加而降低，儲能效率降低的原因被蘭她企歸因於由缺陷造汗匙漏趨成的漏導。通過熱激勵電流(TSDC)對缺陷類型進行疊朽迎墊定性分析，結果表明MLCC的失效主要歸因於氧空位等缺陷在晶體內的電遷移。
