一種柔性bmn薄膜壓控變容管的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性BMN薄膜壓控變容管的制備方法，首先采用固相燒結法制備BMN即Bi1.5MgNb1.5O7靶材和ZnO靶材，以銅箔為襯底，利用磁控濺射沉積技術，使用Ar作為濺射氣體，在銅箔上進行沉積得到厚度為30～60nm的ZnO薄膜，再沉積得到厚度為150-300nm的Bi1.5MgNb1.5O7薄膜，再利用掩膜版在Bi1.5MgNb1.5O7薄膜上面制備金屬電極，制得柔性BMN薄膜壓控變容管。本發(fā)明壓控變容管的調諧率適中(≥25％，測試頻率為1MHz)，且器件穩(wěn)定性好，為通訊和柔性電子設備的開發(fā)和應用提供了優(yōu)良的電子元器件基礎。
【專利說明】一種柔性BMN薄膜壓控變容管的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電子信息材料與元器件領域，特別涉及一種柔性Bi1.^gNb1.507即BMN薄膜壓控變容管的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著雷達、衛(wèi)星、通訊等技術的發(fā)展，相控陣天線的應用日益廣泛。微波移相器作為相控陣天線的核心部件，其性能直接決定著發(fā)射/接收組件的工作頻段、響應速度、插入損耗、功率、體積等重要技術指標。傳統(tǒng)的鐵氧體移相器和半導體PIN二極管移相器由于自身的缺陷，無法滿足日益發(fā)展的技術要求。采用介電薄膜的移相器具有成本低、速度快、精度高、體積小等特點，還具有高的介電常數(shù)和顯著的介電非線性，成為近年國際上的一個研究熱點。Bi1.5MgNbL 507材料因具有優(yōu)良的介電性能，被應用于制備和研究傳統(tǒng)壓控變容管。在測試頻率為1MHz，在偏置電場強度為1.6MV/cm時，制備在Pt電極上的Bih5MgNbh5O7薄膜的調諧率可達到39%。
[0003]目前廣泛應用的壓控變容管都是在硬質材料襯底上制備的。這些硬質材料襯底一般是玻璃、硅片等。與在硬質襯底上制備的壓控變容管相比，在柔性基片上制備的具有許多獨特的優(yōu)點.例如可撓曲、重量輕、不易破碎、易于大面積生產(chǎn)、便于運輸?shù)?。這種薄膜可廣泛應用于制造柔性微波電路。柔性微波壓控變容管可望成為硬質襯底材料的更新?lián)Q代產(chǎn)品，有更廣泛的應用。
[0004]由于傳統(tǒng)的柔性襯底不能耐高溫，因此我們選用了銅箔作為柔性襯底去制備壓控
變容管。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的目的，是在現(xiàn)有的壓控變容管的硬質材料襯底的基礎上，提供一種可撓曲、重量輕、不易破碎、易于大面積生產(chǎn)、便于運輸?shù)腂ih5MgNbh5O7的柔性薄膜壓控變容管的制作方法。
[0006]本發(fā)明通過如下技術方案予以實現(xiàn)。
[0007]一種柔性BMN薄膜壓控變容管的制備方法，具有如下步驟:
[0008](I)采用固相燒結法制備BMN靶材和ZnO靶材:
[0009]按Bk5MgNbh5O7的化學計量比，稱取原料Bi203、MgO和Nb2O5,充分混合后壓制成型，于 1150°C燒制 BiL5MgNbL507 即 BMN 靶材；
[0010]將ZnO粉末壓制成型，于1100°C燒制ZnO靶材。
[0011](2)將清潔干燥的銅箔襯底放入磁控濺射樣品臺上；
[0012](3)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空抽至P〈7.0X KT6Torr，然后加熱襯底至500~800 0C ；
[0013](4)在步驟(3)系統(tǒng)中，使用Ar作為濺射氣體，濺射功率為50~200W，在銅箔上進行沉積得到厚度為30~60nm的ZnO薄膜[0014](5)步驟(4)完成后，使用Ar和O2作為濺射氣體，濺射功率為50~200W，在銅箔上進行沉積得到厚度為150-300nm的Bih5MgNbh5O7薄膜；待襯底溫度降至100°C以下時，取出樣品；
[0015](6)步驟(5)完成后，在Bih5MgNK5O7薄膜上面利用掩膜版制備金屬電極，制得柔性Bih5MgNbh5O7即BMN薄膜壓控變容管。
[0016]所述步驟(1)的原料純度均在99%以上。
[0017]所述步驟(2)的銅箔襯底為商用的普通銅箔。
[0018]所述步驟(5)的Ar和O2的純度均在99.99%以上，磁控濺射系統(tǒng)中的氧氣和氬氣的分壓比在1/15與1/4之間。
[0019]所述步驟(4)或步驟(5)通過調節(jié)工藝參數(shù)或者沉積時間控制薄膜厚度。
[0020]所述步驟(6)的電極為圓形電極,直徑< 0.3mm,電極厚度為100~600nm,電極材料為Pt或者Au ；電極制備方法為磁控濺射法或熱蒸鍍法。
[0021]所制備的柔性壓控變容管的調諧率> 25%，測試頻率為IMHz。
[0022]本發(fā)明的Bih5MgNV5CM^膜壓控變容管，調諧率適中(≥25%，測試頻率為IMHz)，且器件穩(wěn)定性 好，為通訊和柔性電子設備的開發(fā)和應用提供了優(yōu)良的電子元器件基礎。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為柔性薄膜壓控變容管的介電性能(電場可調)圖譜。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述，應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。
[0025]實施例1
[0026](I)采用固相燒結法制備Bih5MgNbh5O7祀材與ZnO祀材:
[0027]用電子天平按Bih5MgNbh5O7對應元素的化學計量比稱取Bi203、MgO和Nb2O5,純度均為99%。經(jīng)充分混合后，在30Mpa的壓力下壓制成型，再置于箱式電爐中逐步升溫至1150°C，并保溫10小時，制得Bih5MgNbh5O7靶材；
[0028]將一定量的ZnO粉末在30Mpa的壓力下壓制成型，再置于箱式電爐中逐步升溫至IlOO0C,并保溫10小時，制得ZnO靶材。
[0029](2)將銅箔經(jīng)丙酮、乙醇和去離子水標準超聲清洗，以N2吹干并放入磁控濺射樣品臺
[0030](3)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空抽至6.0X 10_6Torr，然后加熱襯底，襯底溫度為700。。。
[0031](4)以高純高純(99.99% )Ar作為濺射氣體，濺射氣壓為lOmTorr。濺射功率為150W,沉積得到50nm后的ZnO薄膜。
[0032](5)以高純(99.99% )Ar和O2作為濺射氣體，氬氣和氧氣的流量比為17:3，濺射氣壓為IOmTorr,濺射功率為150W，進行沉積得到厚度200nm為BiuMghtlNbh5O7薄膜；
[0033]通過調節(jié)工藝參數(shù)或者沉積時間來控制薄膜厚度。[0034](6)采用孔洞直徑為0.2mm的掩膜版，在Bi1.薄膜上面沉積溫度為400nm的Au頂電極，制得柔性Bi1.5MgNbL 507薄膜壓控變容管。
[0035]圖1為柔性薄膜壓控變容管樣品的介電性能(電場可調)圖譜，可見在2MV/cm的電場下調諧率為27*%。
[0036]實施例2
[0037](I)采用固相燒結法制備Bih5MgNbh5O7靶材與ZnO靶材:
[0038]用電子天平按Bih5MgNbh5O7對應元素的化學計量比稱取Bi203、MgO和Nb2O5,純度均為99%。經(jīng)充分混合后，在30Mpa的壓力下壓制成型，再置于箱式電爐中逐步升溫至1150°C，并保溫10小時，制得Bih5MgNbh5O7靶材；
[0039]將一定量的ZnO粉末在30Mpa的壓力下壓制成型，再置于箱式電爐中逐步升溫至IlOO0C,并保溫10小時，制得ZnO靶材。
[0040](2)將銅箔經(jīng)丙酮、乙醇和去離子水標準超聲清洗，以N2吹干并放入磁控濺射樣品臺
[0041](3)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空抽至6.0X KT6Torr，然后加熱襯底，襯底溫度為700。。。
[0042](4)以高純高純(99.99% )Ar作為濺射氣體，濺射氣壓為lOmTorr。濺射功率為150W,沉積得到50nm后的ZnO薄膜。
[0043](5)以高純(99.99% )Ar和O2作為濺射氣體，氬氣和氧氣的流量比為17:3，濺射氣壓為IOmTorr,濺射功率為150W，進行沉積得到厚度300nm為BiuMghtlNbh5O7薄膜；
[0044]通過調節(jié)工藝參數(shù)或者沉積時間來控制薄膜厚度。
[0045](6)采用孔洞直徑為0.2mm的掩膜版，在Bi1.薄膜上面沉積溫度為400nm的Au頂電極，制得柔性Bi1.5MgNbL 507薄膜壓控變容管。
[0046]所制得的柔性薄膜壓控變容管樣品的介電性能(電場可調)在2MV/cm的電場下調諧率為25%。
【權利要求】
1.一種柔性BMN薄膜壓控變容管的制備方法，具有如下步驟: (1)采用固相燒結法制備BMN靶材和ZnO靶材: 按Bk5MgNbh5O7的化學計量比，稱取原料Bi203、MgO和Nb2O5,充分混合后壓制成型，于1150。。燒制 Bih5MgNbh5O7 及 BMN 靶材； 將ZnO粉末壓制成型，于1100°C燒制ZnO靶材； (2)將清潔干燥的銅箔襯底放入磁控濺射樣品臺上； (3)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空抽至P〈7.0X 10_6Torr，然后加熱襯底至500~800°C ； (4)在步驟(3)系統(tǒng)中，使用Ar作為濺射氣體，濺射功率為50~200W，在銅箔上進行沉積得到厚度為30~60nm的ZnO薄膜 (5)步驟(4)完成后，使用Ar和O2作為濺射氣體，濺射功率為50~200W，在銅箔上進行沉積得到厚度為150-300nm的Bih5MgNbh5O7薄膜；待襯底溫度降至100°C以下時，取出樣品; (6)步驟(5)完成后，在Bih5MgNbh5O7薄膜上面利用掩膜版制備金屬電極，制得柔性BiL5MgNbL507即BMN薄膜壓控變容管。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種柔性BMN薄膜壓控變容管的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)的原料純度均在99%以上。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種柔性BMN薄膜壓控變容管的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)的銅箔襯底為商用的普通銅箔。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種柔性BMN薄膜壓控變容管的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)的Ar和O2的純度均在99.99%以上，磁控濺射系統(tǒng)中的氧氣和氬氣的分壓比在1/15與1/4之間。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種柔性BMN薄膜壓控變容管的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)或步驟(5)通過調節(jié)工藝參數(shù)或者沉積時間控制薄膜厚度。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種柔性BMN薄膜壓控變容管的制備方法，其特征在于，所述步驟(6)的電極為圓形電極，直徑≥0.3mm,電極厚度為100~600nm，電極材料為Pt或者Au ;電極制備方法為磁控濺射法或熱蒸鍍法。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種柔性BMN薄膜壓控變容管的制備方法，其特征在于，所制備的柔性壓控變容管的調諧率> 25%，測試頻率為1MHz。
【文檔編號】C23C14/08GK103993285SQ201410241887
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】李玲霞, 于仕輝, 許丹, 董和磊, 金雨馨 申請人:天津大學