[发明专利]一种多层BMN介质薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种介质薄膜材料的制备方法,具体涉及一种具有低介电常数的多层介质薄膜材料的制备方法。本发明所述薄膜材料的分子式为Bi_1.5MgNb_1.5O₇，其制备方法包括以下工艺步骤：前驱液A的制备，所述前驱液A为Nb⁵⁺溶液；前驱液B和前驱液C的制备，所述前驱液B为Bi³⁺溶液，所述前驱液C为Mg²⁺溶液；BMN薄膜的制备,制备BMN溶胶，然后将BMN溶胶作为原料在基片上沉积多层BMN薄膜，最终得到BMN多层介质薄膜材料。本发明所述的BMN介质薄膜材料的制备方法为溶胶凝胶法，制备工艺简单，过程无污染，生产成本较低，能显著提升其微波介电性能，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种介质薄膜材料的制备方法, 具体涉及一种具有低介电常数的多层BMN介质薄膜材料的制备方法。

背景技术

过去十年无线技术的快速发展极大地刺激了对适用于发展移动和卫星通信的新型介电材料的研究。在微波频率范围内，这些用于信息和通讯技术的器件，它们的电介质材料最好应该具有大的介电常数、低的介电损耗、小的漏电流和稳定的谐振频率温度系数(TCF)，这样能满足小型化和高效率的要求。这方面也已经成为了当今科学发展的必然趋势。

介电材料的介电常数能随着电场的变化而变化，基于这一点，可以对材料器件的电路进行调谐。具有介电可调谐性的材料主要分为具有铁电性的介电材料和非铁电性的介电材料。具有介电可调谐性的铁电材料主要集中在具有钙钛矿结构的BST（Ba_xSr_1-xTiO₃）铁电薄膜上，从众多研究者报告来分析，BST薄膜材料通常具有高的介电常数，很快的电场效应以及大的介电调谐率。但是该材料的介电损耗较高，学者们通过掺杂、复合来对BST材料进行介电改性，但效果甚微，并且大多数的改性都是以降低该材料的介电常数作为代价，因此发展具有低损耗的新型可调谐介电材料成为一种需求和趋势。

近年来，发现了一些具有介电可调谐性的非铁电材料，其中代表性的材料就是具有焦绿石结构的BZN（Bi_1.5ZnNb_1.5O₇），根据学者们的研究，BZN材料有适中的介电常数，非常低的介电损耗，但是其较高的介电调谐率需要加载很高的偏压电场，这就限制了BZN薄膜材料的集成化应用。并且BZN材料中的Zn在高温下易挥发，化学计量比不易控制。利用Mg²⁺替代BZN材料中的Zn²⁺，因为Mg²⁺比Zn²⁺极性更大、离子半径更小，制备出来的BMN介电材料同样具有立方焦绿石结构，是一种非铁电材料。该材料保持了BZN材料的低介电损耗特点，具有适中的介电常数，较好的温度稳定性。因此，BMN薄膜材料是一种非常有价值的新型介质可调材料，在通讯领域，尤其是在变容管中，有较大的应用前景。

BMN介电薄膜材料的制备方法有很多种，主要有物理沉积法和化学沉积法。物理沉积法目前应用比较多的是溅射法、分子束外延生长法（MBE）、脉冲激光沉积法（PLD）等。MBE方法成膜均匀性较好，缺陷少，易于控制化学计量比，但是设备昂贵、操作复杂，受外界条件（比如：坩埚）限制较多，难以制备高熔点和成分复杂的材料。PLD法在制备氧化物薄膜凸显优势，成膜速度快、成本低，但薄膜均匀性差、缺陷多，不适合制备大面积薄膜材料。磁控溅射法生长速度慢，并不同的材料对应的溅射速率不同，所获薄膜的组分和靶材成分有一定差异，薄膜的微结构与组分均匀性都有待改善。化学沉积法主要分为气相沉积和溶液沉积。气相沉积制备的薄膜能够精确控制组分，制备薄膜均匀性较好，可用于大面积薄膜的制备。但是该方法设备昂贵，所需要的前驱液不易合成和提纯。相比而言，化学溶液沉积法所用设备简单、价格低廉，且能制备出高质量的薄膜材料。