[发明专利]具有复合电极结构的介电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜电路产品，特别涉及一种介电薄膜电极结构及其制备方法。

背景技术

近年来，移动通信的发展要求设备的小型化和微型化。传统的金属谐振腔和金属波导体积和重量过大，不能满足微波电路的集成化发展。而采用新型微波介质材料的谐振器与微波管、微带线等构成的微波混合集成电路，可使器件尺寸达到毫米量级，微波介质材料已成为实现微波控制功能的基础和关键材料。其中，部分介质材料，如钛酸锶钡BST(Ba_xSr_1-xTiO₃)基薄膜材料和铌酸铋锌BZN(Bi_1.5ZnNb_1.5O₇)薄膜材料的介电常数具有随外加电场变化而变化的电场可调特性，利用这种特性可以调制电磁波的幅度或相位，制成微波电调谐频率器件。例如电控移相器、电调匹配网络、电调滤波器、压控振荡器、衰减器、调幅器、开关器、限幅器等，完成微波信号的传输、移相、滤波及谐振选频等功能。

微波电调谐频率器件在相控阵雷达和宽带无线通信系统中具有核心地位。现有的二极管调谐器件和铁氧体微波调谐器件中，二极管调谐器件虽调谐范围大，但在高频下损耗大、功率容量低。而铁氧体器件成本高、大功耗、体积庞大，限制了它们的应用。此外，铁氧体器件在1～2GHz时损耗较大，不适用于蜂窝通讯，而且很难制成平面结构，因而无法实现集成。基于BST或BZN薄膜材料的介质调谐频率器件，与二极管调谐器件和铁氧体微波调谐器件相比具有明显优势。其成本仅约为铁氧体材料器件的1/10，在相控阵天线中，使用基于电调介质材料的铁电透镜结构，可将移相器的个数由m×n降到m+n(m，n分别为天线阵的行列数)，可大大降低相控阵天线的成本，而且具有调谐响应速度快、功率容量大、体积和功耗小、工作温度范围宽等优点，并容易制成平面结构，发展集成微波器件。

电调介电薄膜材料在应用中常采用金属顶电极13/介电薄膜20/金属底电极11/基片10的平板电容结构，如图1所示。Au、Pt等金属制备在基片10表面作为底电极11，介电薄膜20制备在底电极11上，最后在薄膜20表面又制备金属材料作为顶电极13。在这种平板电容结构中，介电薄膜20直接制备在金属电极11上。一方面，在介电薄膜20高温制备过程中，金属电极11与介电薄膜20间界面互扩散，形成空间电荷耦合；另一方面，金属电极11与介电薄膜20结构不兼容，界面处会形成较多的结构缺陷。较高的界面缺陷密度和空间电荷耦合导致薄膜材料介电损耗增大。此外，金属电极与基片材料热膨胀系数差异大，热应力通常造成Pt等金属电极表面平整度较差，存在明显的突起小岛，导致漏电流增大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术介电薄膜使用中损耗大，漏电流大的缺点，提供一种具有复合电极结构的介电薄膜及其制备方法，可以降低介电损耗和漏电流。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，具有复合电极结构的介电薄膜，包括基片、电极和介电薄膜，其特征在于，所述电极由金属电极和导电氧化物薄膜构成，所述金属电极制备在所述基片上，所述导电氧化物薄膜制备在所述金属电极上，所述介电薄膜制备在所述导电氧化物薄膜上。

具有复合电极结构的介电薄膜制备方法，包括以下步骤：

A、在基片上沉积金属薄膜；

B、在所述金属薄膜上沉积导电金属氧化物薄膜；

C、退火处理；

D、在所述金属氧化物薄膜上沉积介电薄膜；

E、退火处理。

本发明的有益效果是，一方面，导电氧化物阻止了金属与介电薄膜间的界面互扩散，另一方面，导电氧化物与介电薄膜结构兼容，也减少了界面缺陷，因此能够有效降低薄膜介电损耗。同时，导电氧化物特定的晶格取向有利于实现介电薄膜的外延和择优生长，导电氧化物薄膜表面致密平整，弥补了金属电极表面存在的缺陷，有利于减小漏电损耗。并且导电氧化物薄膜电阻率小，温度稳定性高，也有利于后续介电薄膜的生长。

附图说明

图1是现有技术介电薄膜电极结构示意图；

图2是本发明实施例介电薄膜电极结构示意图；

图3是Pt/LNO复合电极的XRD扫描图谱；

图4是Pt表面生长的LNO薄膜的原子力显微镜AFM形貌图；

图5是Pt电极和Pt/LNO复合电极上生长BZN薄膜的介电性能比较图。

具体实施方式