Cd掺杂BZN薄膜的制备和性能研究

论文摘要

Bi1.5ZnNb1.5O7 （BZN）是一种立方焦绿石结构的新型介电材料,具有很低的介电损耗,较高的可调性等特点,而成为一种很有发展前途的微波介质材料。因此,BZN薄膜的制备及其性能研究具有非常重要的应用价值。本论文利用射频磁控溅射方法（RF magnetron supttering）制备Cd掺杂BZCN薄膜,对其生长工艺以及性能等方面展开了系统的探讨和研究,主要结果如下:（1）研究了Cd掺杂BZCN溅射靶材的烧结工艺。并制备了不同掺杂浓度的平面BZCN陶瓷靶材(Bi1.5Zn0.9Cd0.1Nb1.5O7、Bi1.5Zn0.8Cd0.2Nb1.5O7、Bi1.5Zn0.7Cd0.3Nb1.5O7、Bi1.5ZnNb1.5O7)。通过大量的实验,优化了烧结工艺,压制压力为200MP,烧结温度为1100℃,保温3小时。XRD分析表明靶材无杂相,SEM分析发现靶材结构致密无裂痕,相对密度达到90%以上。（2）在Pt（111）/TiO2/SiO2/Si基片上制备了结构良好的BZCN薄膜。系统研究了基片温度、溅射气氛、溅射功率等对薄膜表面形貌和结晶情况的影响,优化了BZCN薄膜的生长工艺参数。在溅射气压为4Pa,O2/Ar比为1/5,衬底温度为600℃下生长,并在700℃的O2气氛下进行退火30min制备的BZCN薄膜,结晶良好,晶粒大小为45-80nm,表面平整,RMS=1.86nm。（3）制备Au/BZCN/Pt平板结构电容器,测试BZCN薄膜的介电性能。在测试频率为100KHz,外加偏压40V时,得到优化条件下制备的BZCN薄膜的介电常数为183,介电损耗小于0.004,可调率为11.8%。介电常数和损耗随频率（1-100KHz）的变化不大。在二次退火的情况下,可调率升到18.4%,但同时损耗也增大。（4）研究了不同Cd掺杂比例的BZCN薄膜的性能变化。在Bi1.5Zn1-xCdxNb1.5O7（x=0、0.1、0.2、0.3）薄膜中,Cd掺杂比例越大,可调率越大,损耗基本不变。研究表明:掺Cd能够增大BZN薄膜的可调性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 可调介电材料及其应用
• 1.2 BZN 材料结构和性质
• 1.3 BZN 薄膜的研究现状
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 实验基本原理
• 2.1 CD 掺杂BZN 薄膜的制备方法
• 2.1.1 溅射基本原理
• 2.1.2 射频溅射原理
• 2.1.3 磁控溅射原理
• 2.2 CD 掺杂BZN 薄膜微观结构表征方法
• 2.2.1 X 射线衍射原理
• 2.2.2 AFM 的工作原理
• 2.2.3 SEM 的工作原理
• 2.3 CD 掺杂BZN 薄膜介电性能测试方法
• 第三章 CD 掺杂BZN 靶材的制备
• 3.1 实验过程
• 3.2 工艺的改进
• 第四章 CD 掺杂BZN 薄膜的制备及性能研究
• 4.1 CD 掺杂BZN 薄膜基本制备工艺路线
• 4.2 沉积温度对薄膜的结构和性能的影响
• 4.3 气氛对薄膜结构和性能的影响
• 2/Ar 比对薄膜结构和性能的影响'>4.3.1 O₂/Ar 比对薄膜结构和性能的影响
• 4.3.2 溅射气体总压对薄膜结构和性能的影响
• 4.3.3 退火气氛对薄膜结构和性能的影响
• 4.4 二次退火对薄膜性能的影响
• 4.5 不同CD 掺杂比例对薄膜性能的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间发表的论文