[发明专利]一种钛铌铁酸盐或铌铁酸盐外延薄膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及通讯系统中使用的介电材料，具体涉及一种钛铌铁酸盐或铌铁酸盐外延薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

介电材料可用于多个频段的电路中，作为介质材料并完成一种或多种功能的材料，在现代应用中被广泛用作谐振器、滤波器、介质基片、介质导波回路等元器件。由于介质谐振器单位尺寸与所用材料的介电常数平方根成反比，其介电常数越大越有利于器件的小型化。中低介电常数介质陶瓷可用于雷达和通信技术。作为超大规模集成电路中低介电常数的候选材料，人们通常选择氟化非晶碳（a－C：F）进行研究。根据1999年《应用物理期刊》86卷2739页(J.Appl.Phys.86,2739(1999))和2002年《应用物理期刊》92卷4584页(J.Appl.Phys.92,4584(2002))介绍，通过提高C－F键含量来降低介电常数，实现C＝C交联结构以此提高其热稳定性。但是在低频区域，由于其电子极化、离子极化均为快极化，而偶极子的取向极化却随着外加电场频率的增大滞后于电场的变化，致使氟化非晶碳的介电常数随着频率升高而快速减小。作为实际应用的薄膜，应该具有尽可能低的介电常数同时又具有较好的热稳定性。在热稳定性方面，无机物薄膜与有机物薄膜相比较下更具优势。

齐纳击穿是在强电场作用下，由隧道效应，使大量电子从价带穿过禁带而进入到导带所引起的一种击穿现象。齐纳二极管利用齐纳击穿原理，是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，齐纳二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，齐纳二极管主要被用做稳压器或电压基准元件使用。齐纳二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。然而传统的齐纳二极管中使用的材料多数以有机物为主，这使得元器件在某些特殊环境下的应用受到制约。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛铌铁酸盐或铌铁酸盐外延薄膜及其制备方法和应用，该薄膜质量好，低频下介电性能波动小、热性能稳定，可广泛应用在对温度湿度等要求较高的精密元器件中。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种钛铌铁酸盐或铌铁酸盐外延薄膜，该外延薄膜为在单晶基片上外延生长的Ca(Fe,Nb)_(1-x)/2Ti_xO₃薄膜，其中0≤x＜1。

所述单晶基片为LaAlO₃单晶基片、NdGaO₃单晶基片、SrTiO₃单晶基片或Nd掺杂的SrTiO₃单晶基片。

所述SrTiO₃单晶基片或Nd掺杂的SrTiO₃单晶基片的晶格取向为100面；LaAlO₃单晶基片的晶格取向为100面，NdGaO₃单晶基片的晶格取向为110面。

上述钛铌铁酸盐或铌铁酸盐外延薄膜的制备方法，利用射频磁控溅射的方法，以Ca(Fe,Nb)_(1-x)/2Ti_xO₃多晶为靶材，在600～800℃下，氧压为1～5mbar，在单晶基片上外延生长Ca(Fe,Nb)_(1-x)/2Ti_xO₃薄膜，溅射结束后于氧气气氛中自然降至室温，得到钛铌铁酸钙外延薄膜；其中0≤x＜1。

所述x取值为：0.35≤x≤0.45。

所述靶材的制备方法如下：

1）将CaCO₃、TiO₂按摩尔比1:1混合，经湿式球磨，得到样品A；

将CaCO₃、Nb₂O₅、Fe₃O₄按摩尔比50:12.5:8.3混合，经湿式球磨，得到样品B；

2）将样品A、样品B分别在80～100℃下烘干后，再在980～1100℃下空气气氛中预烧2～5小时，得到粉末A和粉末B；

3）将粉末A和粉末B分别进行湿式球磨并烘干，将烘干的粉末A和烘干的粉末B混合并经过湿式球磨，烘干得到混合粉末C，向混合粉末C中加入聚乙烯醇水溶液并进行造粒，过筛，干压成型，得到样品D；

4）将样品D在1270～1350℃、空气气氛下烧结，得到靶材。