晶化温度对钛酸锶钡薄膜电学性能的影响.pdfVIP

晶化温度对钛酸锶钡薄膜电学性能的影响 张瑞婷 杨传仁 陈宏伟 张继华 裴亚芳 （电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都 610054 ） 摘 要：采用射频磁控溅射，以铝酸镧（LaAlO3 ）为基片制备钛酸锶钡（BST ）薄膜，研究了不同晶化温度对BST 薄膜显微结构、介电特性的影响。 研究表明：BST 薄膜在800℃晶化温度下已形成钙钛矿结构，且随着晶化温度的 升高，BST 薄膜趋向于（111）方向择优取向。800℃和900℃晶化温度下，获得致密，晶粒尺寸均匀的BST 薄膜， 当温度升高时，薄膜中出现较明显的缺陷。800℃和900℃晶化后，在外加电场为600kV·cm- 1 时，分别获得22.12 ﹪ 和26.67 ﹪的调谐率。 关键词： 晶化温度；钛酸锶钡；电学性能 1 引 言 无线电通讯技术、雷达技术向更高频率，更大带宽和更大数据流量的方向发展，促进了高频器 件的发展与革新。其中，作为下一代通讯和雷达系统的核心部件的可调谐高频器件以其优越的性能 [1] 越来越受到人们的关注 。钛酸锶钡(BST)薄膜因其高介电常数，高介电常数调谐率，低介电损耗和 [2-13] 高击穿电场等性 ，可以在更小的电压驱动下获得与传统调谐电路相当甚至更高的调谐率，同时具 有高开关速度，低驱动功率，尺寸小重量轻，成本低等优点，越来越多地被应用于延迟线，移相器， [2-11] 滤波器，谐振器等高频器件 。 目前，制备BST 薄膜主要采用脉冲激光沉积(PLD)、磁控溅射、溶胶－凝胶(Sol-Gel)法、化学气 相沉积(MOCVD)等工艺。采用磁控溅射制备的BST 薄膜具有结晶性好、衬底温度较低、均匀性好、 [14] 与集成工艺兼容性好的特点 。本文用射频磁控溅射法制备BST 铁电薄膜。研究了不同晶化温度对 BST 薄膜微结构及调谐率的影响。 2 实 验 2.1 BST 薄膜的制备 采用铝酸镧(LaAlO )基片，之所以选用LaAlO (100)作为基片，是因为相比采用SiO 和MgO 为 3 3 2 [1,5] 基片的 BST 薄膜可调谐高频器件，其插入损耗小、晶格匹配性好 。采用直流磁控溅射法制备Pt 底电极，选用 Ba0.6 Sr0.4 TiO3 陶瓷靶材及磁控溅射设备制备 BST 薄膜，然后在O2 气氛中晶化处理， 最后采用蒸发制备Au ／Ti ／Cr 上电极，从而得到金属-绝缘体-金属(MIM)结构。 BST 薄膜射频溅射参数分别为：本底真空＜5×10－4Pa ，溅射气压0.1Pa ，气体流速比Ar ﹕O =1 2 ﹕1，功率密度 1.85W·cm-2 ，靶材 Ba Sr TiO ，靶材尺寸 f120mm ，基片温度 300℃，基片 Pt ／ 0.6 0.4 3 LaAlO (100) 。 3 2.2 结构与性能表征 采用荷兰菲利普公司生产的X ＇Pert pro mpd 型X －射线衍射(XRD)仪测量薄膜的晶体结构，采用日 125 本精工SPA-300HV 型原子力显微镜(AFM)测量晶粒尺寸，采用HP4284A LCR 仪（测试信号：电压 0.1V、频率 1KHz、直流偏压-30V~+30V）测量BST 薄膜的电容随外电压的变化。介电系数随电压 的变化率为：T ﹪＝[e －e ] ／e ×100﹪，式中e 、e