《微波調諧交替摻雜鈦酸鍶鋇薄膜設計及相變機制研究》是依託電子科技大學,由廖家軒擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微波調諧交替摻雜鈦酸鍶鋇薄膜設計及相變機制研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：廖家軒
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
提高鈦酸鍶鋇(BST)薄膜綜合介電性能(適中的介電常數、高的調諧率、低的介電損耗、高的介溫穩定性等)是近年來的一個研究熱點，也是實現該薄膜微波套用的突破口。BST薄膜介電性能與其鐵電-順電相變密切相關，該相變機制的研究不但對綜合介電性能的改善具有指導作用，更是獲得優異綜合介電性能的關鍵。目前多以薄膜成分最佳化、結構設計或工藝改善來提高其綜合介電性能，而很少進行相變機制的系統研究。本項目用相圖理論選擇摻雜元素、用神經網路最佳化成分及用計算機輔助設計建立交替摻雜BST薄膜結構模型。通過薄膜的實驗研究，希望獲得明顯拓寬的相變溫度範圍及鐵電相和順電相的複合結構，建立成分、結構、工藝等參數與相變機制之間的關係；通過薄膜的微波套用，檢驗及最佳化模型，獲得相變機制與優異綜合介電性能之間的關係。通過研究，不但揭示BST薄膜相變機制與介電性能之間的內在規律，更為BST薄膜的微波實用化提供理論基礎及科學依據。
結題摘要
該項目的背景是通過交替摻雜來研究BST的鐵電-順電相變機制，找到提高BST薄膜的綜合介電性能(適中的介電常數、高的調諧率、低的介電損耗、高的介溫穩定性等)的條件。為此，本項目通過成分、結構及工藝的組合創新，設計及製備多種交替摻雜的BST薄膜，並通過各參數的最佳化而獲得所需要的薄膜。根據大量有關BST摻雜改性的調研、根據BST是ABO3鈣鈦礦結構的特點，利用容差因子法則和電中性原理對BST本身的成分和摻雜元素進行研究和選擇；在常規溶膠-凝膠法步驟中添加預晶化熱處理，並對其進行梯度創新；針對各項介電性能的主要影響參數進行全面系統的研究，建立具有優異綜合介電性能的交替摻雜結構薄膜模型；通過大量實驗來製備所設計的薄膜。對薄膜進行結構表征、性能測試來建立有關成分、結構及性能的對應關係，找到具有優異綜合介電性能的條件。將優異薄膜套用於微波器件進行檢驗。在獲得的諸多重要成果中，Y和Mn交替摻雜並結合逐層梯度預晶化熱處理是特別成功的方法，在-40~40V的高偏壓或高電場下顯示高的絕緣強度、高的穩定性、長的使用壽命，在10V及以內的調諧率可達50%以上，介電損耗小於1%，優質因子50以上，該成果攻克了多年來阻礙BST薄膜微波調諧套用的堡壘，徹底實現並拓展了BST薄膜的微波調諧套用及範圍。有關成果發表了40餘篇SCI期刊論文，授權了20餘項國家發明專利，培養了20餘名研究生，同時還有多項更優異的成果將陸續報導。
