[发明专利]一种微波铁电复合薄膜电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁电薄膜器件的制备，具体的说是一种微波铁电复合薄膜电容器及其制备方法。

背景技术

移相器是能够对波的相位进行调整的装置，是一种微波器件。用于相控阵雷达的微波移相器，是相控阵雷达系统中较为关键的元器件，其应当具备开关速度高、插入损耗低、功率容量高、温度稳定性好、互易性好、抗辐射能力强、驱动功率低、尺寸小重量轻等特点。但是，目前用于制备移相器的材料主要有两类：一类是PIN二极管型移相器，其基本原理是利用PIN二极管在正反偏时两种状态，使传输段接通或者断开来实现电磁波信号移相功能。PIN二极管型移相器在制备外形尺寸和切换速度上有很大的优势，但是却存在微波功率小、插入损耗大等缺点。另一类是铁氧体移相器，它的基本原理是通过外加磁场改变波导内铁氧体的磁导率，从而改变电磁波的相速，最后得到不同的相移量来实现移相功能。铁氧体移相器具有插入损耗低、微波功率大、移相度大等优点，但同时有存在结构复杂、体积大且笨重、功耗大、响应速度慢等缺点，一方面不适用现代电子整机“小、轻、薄、精”的发展趋势，另一方面，这类材料主要依靠国外进口，微波器件的生产和研发受到材料供应方的严重制约。

因此，迫切需要一种满足现代要求、性能好、使整机小型化的电子材料。在这一问题上，铁电薄膜材料因具有良好的铁电性、高介电性、压电性、热释电性及非线性光学特性等等，成为了目前微波器件材料研究的重点和热点。关于铁电薄膜在微波器件上的应用，目前的研究主要集中在BaTiO₃(BT)、(Ba，Sr)TiO₃（BST）、Pb(Zr，Ti)O₃（PZT）、(Pb，La)TiO₃（PLT）、(Pb，La)(Zr，Ti)O₃（PLZT）、Ba(Zr，Ti)O₃（BZT）等上。

在以上诸多种类的铁电薄膜材料中，钛酸锶钡（Ba_xSr_1-xTiO₃，简称BST）在可调微波器件（如微波铁电移相器）的研制中具有巨大的应用潜力。BST是钛酸钡与钛酸锶的固溶体，并且钛酸钡与钛酸锶能够完全相混相溶。BST材料具有优异的性质，如拥有高的介电常数、低的介电损耗、高的介电调制度、大的热电常熟和很小的漏电流等，其最为显著的特点就是其居里温度可以通过调节材料中的Ba/Sr成分比实现在100~400K范围内的有效控制，以满足各种各样应用的需要。应用BST薄膜介电常数随电压变化的特点可以制备电压可调的微波器件，如移相器、变容器、振荡器、相控阵雷达及可调性滤波器等，特别是适合于制备宽波段、可调的微波器件，其已经成为人们在微波器件研究领域的重点对象。但是，研究同时发现，BST薄膜在微波频率下具有较大的介电损耗以及较低的调谐率，这就限制了BST薄膜在微波器件方面的应用。

为解决这一问题，研究者尝试并证明了掺杂可以有效改善BST薄膜的结构和性能，并且已知当向BST薄膜中掺入低介电常数氧化物时，可以有效抑制薄膜内部缺陷，降低BST薄膜的介电损耗及漏电流密度。而且，通过改变BST薄膜中杂质的掺杂量，对应的复合薄膜可以被应用到不同共振频率的微波器件中。另外，已知低介电常数氧化物与BST的复合薄膜有三种结构类型：0-3、2-2、1-3型。在这三种结构类型的复合薄膜中，虽然目前理论上已经预言了1-3型低介电常数氧化物与BST的复合薄膜具有更好微波性能，然而就现有技术而言，1-3型BST复合薄膜的制备，尤其是可以改变棒直径的1-3型复合薄膜的制备，仍然是摆在研究者面前的一道难题，进而也限制了1-3型复合薄膜在微波器件中的应用。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种微波铁电复合薄膜电容器，以解决现有使用BST薄膜制成的电容器调谐率低、介电损耗高的问题。

本发明的目的之二是提供一种微波铁电复合薄膜电容器的制备方法，以解决采用现有方法无法制备出调谐率高、介电损耗低的微波铁电复合薄膜电容器的问题。

本发明的第一个目的是按如下的技术方案实现的：

一种微波铁电复合薄膜电容器，所述电容器是以单晶基片为衬底、以微波铁电复合薄膜为介电层、以Pt、Au、Ag、Al、Cu、SrRuO或La_0.5Sr_0.5CoO₃为电极的叉指结构的电容器；

所述单晶基片为MgO单晶基片、LaAlO₃单晶基片、Al₂O₃单晶基片、Si单晶基片或SrTiO₃单晶基片；