bst铁电薄膜移相器结构仿真与工艺分析word格式论文.docxVIP

优秀毕业论文 精品参考文献资料 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 必威体育官网网址□， 在 年解密后适用本授权书。 本论文属于  不必威体育官网网址□。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文  PAGE 16 1 绪 论 近年来，人们逐渐掀起了一个对薄膜器件的研究热潮，主要是因为集成电路的逐 渐小型化以及薄膜技术的不断发展。在微波器件方面，为了寻找一种新型的可调谐的 微波介电材料，很多组织或研究局都投入了大量的资金和人力资源，其中典型代表就 是国际先进研究机构的美国国防部高等研究计划局和国家航空航天局，因为此种材料 可广泛应用于微波、射频等频率敏感器件，包括调谐滤波器、变容二极管、压控振荡 器以及移相器[1-4]。本论文所讨论的重点就是基于这种可调谐介质及微波器件研究的重 要意义，结合微电子工艺、微波技术和铁电材料特性，对铁电薄膜移相器的单元结构 设计与制作工艺开展了基础性的研究。 1.1 铁电材料的物理特性及其应用 1.1.1 铁电体的基本特性 铁电体是一种具有自发极化，并且其自发极化的强度随着外加电场的变化而变化 的一种介电材料[5]。 钙钛矿型铁电体是为数最多的一类铁电体，可有 ABO3 表示其通式，其中 A 和 B 代表金属离子，价态可以是 A2+B4+或者 A1+B5+。可以用简立方晶格来描写钙钛矿结构， 每个格点代表图 1.1a 所示的一个结构单元。较大离子 A 占据八个顶角，较小离子 B 占据体心，O 离子则占据了六个面心位置。B 离子处于由 O 离子形成的氧八面体中心 位置。整个晶体可以看成是由氧八面体共顶点联接而成的，各氧八面体之间的空隙由 A 离子占据。 正氧八面体有 3 个四重轴，4 个三重轴和 6 个二重轴，示意图如图 1.1b 所示。钙 钛矿铁电体的自发极化的来源主要是 B 离子偏离氧八面体中心的运动，极化的方向则 往往沿着 3 个高对称性方向之一。 （a） （b） 图 1.1 ABO3 型铁电体的结构示意图（a）单元结构（b）氧八面体 晶体的铁电性往往只在一定温度范围内存在，当温度超过某一特定值时，晶体就 会从铁电相变为顺电相，自发极化也随之消失。铁电相与顺电相的转变称为铁电相变， 转变温度称为居里温度 Tc 。当 TTc 时，铁电体的介电常数服从居里-外斯定律 （Curie-Weiss law），随温度的升高而下降： ε = C T ? T0  （1.1） 其中 C 为常数，T 为温度，T0 为居里-外斯温度（Curie-Weiss temperature）。对于一级 相变的铁电体，T0Tc；对于二级相变的铁电体，T0=Tc。 铁电体具有典型的电滞回线。图 1.2a 是铁电材料在铁电相时的电滞回线图，此时 的铁电体是处于居里温度以下的。从图中可以看出，在施加一外电场时，材料的极化 强度从原点 O 点沿曲线 ABC 逐渐增大并达到峰值。当电场减小时，极化强度沿着曲 线 CBD 也跟着减小，当电场减小为零的时，材料仍然有剩余极化的存在。当电场方 向反向时，极化强度首先是按照曲线 DF 慢慢减小到零，此时把极化强度为零时的电 场强度称为矫顽场，用符号 Ec 表示。此后极化强度会随着反向电场的增加按照曲线 FG 反向增加，最后随着电场的变化逐渐形成一个非线性闭合曲线。 (a) (b) 图 1.2 铁电体电场强度与极化强度关系图（a）铁电相（b）顺电相 当温度在居里温度以上时，此时的铁电体是顺电相的，自发极化消失，它的极化 强度随电场变化的曲线近似于直线，如图 1.2b 所示。 而对于铁电体的电容率与电场的关系可参考图 1.3。从图 1.3a 中可以看出铁电体 处在铁电相时，其电容率曲线是闭合的，且呈双蝴蝶形[6][7]，其最大值出现在 E=Ec， 即等于矫顽场大小；而当铁电体处于顺电相时，和铁电相时不同，它仅仅是一条曲线 而不是回线，且当外加电场为零时电容率最大，电场增大电容率