[发明专利]一种氧化锌压控变容管的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子信息材料与元器件领域，具体涉及一种新型氧化锌压控薄膜变容管的制备方法。

背景技术

微波介质材料作为新型功能电子陶瓷，由于其在微波功能器件中的应用受到越来越多的关注。与块体材料相比，薄膜器件工作电压低、响应速度快、能够与微带线电路技术和半导体技术集成。微波电子系统正向宽频带、高容量、体积更加小型化的方向发展，因此对集成化、高性能的微波元器件的需求日益迫切。介电可调材料其介电常数可通过外加电场来调节，利用这种特性可以调制微波信号的频率、相位、幅度，制成压控微波器件，使得它在移动通信、卫星系统、雷达系统等军事和民用电子系统中有着广阔的应用前景。

ZnO材料易得、价廉，成为最有开发潜力的薄膜材料之一，我们以Pt-Si为衬底，采用磁控溅射法沉积ZnO薄膜，所得到的新型ZnO可调谐薄膜变容管的调谐率达到70%以上，驱动电压低,因此，ZnO薄膜在微波通信元器件中具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的，是采用价廉、易得的ZnO材料，利用磁控溅射沉积技术，提供一种制备新型ZnO高调谐率压控薄膜变容管的制备方法。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种氧化锌压控变容管的制备方法，具有如下步骤：

（1）称取ZnO粉末，压制成型，采用固相烧结法于1100℃烧制ZnO靶材；

（2）将Pt-Si衬底清洗干净，以N₂吹干并放入磁控溅射样品台上；

（3）将磁控溅射系统的本底真空抽至P<7.0×10^-6Torr，然后加热Pt-Si衬底至300～700℃；

（4）以高纯氩气和氧气作为溅射气体，Ar和O₂的流量比为10:1～2:1,气体总流量为100sccm，溅射气压为10mTorr，溅射功率为100～200W，进行沉积得到ZnO薄膜；

（5）步骤（4）停止后，待Pt-Si衬底温度降至200℃以下时，取出制品，在氧气气氛炉中进行后退火处理，所述退火温度为400℃～600℃，退火时间为5～60min；

（6）在步骤（5）退火后的ZnO薄膜上面利用掩膜版制备金属电极，并利用热蒸镀法或者溅射法制备Au或者Pt电极。

所述步骤（1）ZnO粉末的纯度为99%。

所述步骤（4）氩气和氧气的纯度为99.99%。

所述步骤（4）得到ZnO薄膜的厚度为150～500nm，通过调节溅射功率和沉积时间控制薄膜厚度。

所述步骤（5）氧气气氛炉中通入氧气的压强≤0.1Mpa，氧气纯度≥99%。

所述步骤（6）的电极为圆形电极，直径≤0.3mm。

本发明的ZnO压控薄膜变容管的调谐率极高（70%以上），驱动电压低（小于80kV/cm），材料价廉，制备工艺流程简单、电学性能优良，具有良好的应用前景。

现有技术的薄膜调谐器件通常采用铌酸锌铋和钛酸锶钡作为介质层，其调谐率50%～60%，驱动电场均大于2MV/cm；本发明采用ZnO材料，利用磁控溅射沉积技术，提供的ZnO高调谐率压控薄膜变容管的性能优于传统的介电调谐材料。

附图说明

图1为实施例1制备在Pt-Si衬底上的ZnO薄膜制品的扫描电子显微镜照片；

图2为实施例1制备在Pt-Si衬底上的ZnO薄膜制品的电容（电场可调）图谱。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

实施例1

（1）用电子天平称取纯度为99%ZnO粉末，在30Mpa的压力下压制成型，再置于箱式电炉中逐步升温至1100℃，并保温6小时，采用固相烧结法制备ZnO靶材；

（2）将Pt-Si衬底清洗干净，以N₂吹干并放入磁控溅射样品台上；

（3）将磁控溅射系统的本底真空抽至6.0×10^-6Torr，然后加热衬底至450℃；

（4）以高纯（99.99%）Ar和O₂作为溅射气体，氩气和氧气的流量比为4:1；气体总流量为100sccm，溅射气压为10mTorr，溅射功率为150W，进行沉积得到ZnO薄膜，沉积得到的薄膜厚度为200nm，通过调节工艺参数或者沉积时间控制薄膜厚度；