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介质材料作为一种主要的微波器件广泛应用于微波通信领域。介质薄膜材料具有高集成化、低损耗、易耦合等特点,具有潜在的应用前景。研究其制备工艺及介电性能对于实现微波器件的集成化和高品质化具有重要的现实意义和实用价值。
本文采用溶胶凝胶法制备了Ca(Zn1/3Nb2/3)O3(CZN)和CaTiO3(CT)前驱体溶胶,利用旋涂工艺制备出Ca(Zn1/3Nb2/3)O3/CaTiO3(CZN/CT)介电薄膜。对新型CZN/CT复合多层薄膜的制备、生长机理及结构和性能进行了系统地研究,探索了薄膜结构与性能的相关性,主要研究结论如下:
1.以乙二醇甲醚为溶剂、甲酰胺和乙二醇作为稳定剂、溶胶的pH值控制在3左右,80℃搅拌4h,可以获得稳定的CT溶胶,且胶粒尺寸较小。
2.探讨了制备工艺对CZN薄膜结构与性能的影响。结果表明,旋涂速率不仅影响薄膜表面平整度和均匀性,而且还会影响薄膜的厚度;薄膜的厚度对表面粗糙度和晶粒尺寸产生大的影响,随厚度增加,晶粒尺寸增大,表面粗糙度也增大,使得薄膜的介电损耗增加。同时,前驱体浓度和热处理温度也对晶粒尺寸和表面粗糙度产生影响。当热处理工艺为700℃、30min时,得到的CZN薄膜性能为:εr=28、tgδ=0.04。
3.制备了两种不同叠层结构(TN、NT)的异质薄膜,研究了排列方式、厚度及热处理温度对异质薄膜的影响。结果表明,排列方式对晶相结构无影响,但对结晶度产生较大影响,主要是由于CZN与CT成核势垒不同导致。薄膜厚度及退火温度对CZN/CT异质薄膜的影响及规律与CZN薄膜相同。当TN结构的热处理温度为700℃时,薄膜的介电性能为:εr=39、tgδ=0.06,与CZN薄膜的性能比较发现,异质叠层提高了薄膜的介电常数,但同时损耗也增加了,这可能是由于表面粗糙度增加导致的。