锶钡比及膜厚对钛酸锶钡薄膜介电行为的影响

赵丽丽 张智翔 高永进 翟春雪 何崇斌

西北大学信息科学与技术学院，陕西 西安 710127

锶钡比及膜厚对钛酸锶钡薄膜介电行为的影响

赵丽丽 张智翔 高永进 翟春雪 何崇斌

西北大学信息科学与技术学院，陕西 西安 710127

采用溶胶-凝胶法制备不同锶钡比、不同膜厚的钛酸锶钡薄膜，研究了薄膜的介电行为。性能测试表明，在不同的锶钡比的钛酸锶钡薄膜中，介电性能最好的锶钡比为0.5:0.5，此时介电系数最大介电损耗最小；膜厚与薄膜的介电系数呈线性关系，随膜厚增加薄膜的介电系数线性增加。

溶胶-凝胶法；钛酸锶钡薄膜；介电性能；锶钡比

引言

材料的组分决定了材料的性能，钛酸锶钡薄膜是一种环境友好的、钛酸锶和钛酸钡全范围的固溶体，由于其锶钡比可调而具有优秀的微波介电可调性而得到广泛关注。目前关于其研究主要涉及：一、采取各种办法制备高择优取向薄膜，根据晶体的介电各向异性来提高膜介电性能[1-2]；二、掺杂及其对介电性能的改进[3-4]；三、结构、缺陷的研究[5-6]等等。

笔者从锶钡比的选择着手制备了不同锶钡比的钛酸锶钡薄膜，考察了锶钡比对膜介电性能的影响和膜厚对钛酸锶钡介电性能的影响。

1 实验部分

按（锶+钡）：钛＝1：1（物质的量比）的比例，称取醋酸锶和醋酸钡（Sr/Ba值分别为：0.1:0.9、0.2:0.8、0.3:0.7、0.4:0.6、0.5:0.5和0.6:0.4），溶于适量的冰醋酸和乙二醇甲醚混合溶液中，搅拌30分钟，加入几滴乙酰丙酮，继续搅拌30分钟。然后将混合溶液倒入等摩尔的钛酸丁酯中，再搅拌45分钟，得到浅黄色清澈透明的溶胶。溶胶陈化2天后甩胶，甩胶层数分别为5、6、7、8、9层，每层均经过120℃热处理，最后在700℃(2h)制备钛酸锶钡薄膜。

薄膜的相结构采用日本Rigaku的D/max-3c型X射线衍射仪测试，微观结构采用日本Shimadzu的SPM9500J3型原子力显微镜进行观察，并采用LCR DATABRIDGE 2018A测试薄膜的介电性能。

2 结果与讨论

2.1 锶钡比对钛酸锶钡薄膜介电性能的影响

采用溶胶-凝胶法甩膜9层制备不同锶钡比的钛酸锶钡薄膜，对其介电性能的测试结果如图1所示。

由图1(a)可见，随着钛酸锶钡膜中锶含量的增加膜的介电系数增加。各个频率的测试都表明，在锶钡比为0.5:0.5时(即Ba0.5Sr0.5TiO3)，薄膜的介电系数最大，同时在10kHz和100kHz下薄膜的介电系数明显高于0.1kHz和1kHz状态下。图1(b)的变化趋势说明，在Sr/Ba值在0.1:0.9～0.5:0.5的范围内时，膜的介电损耗随锶含量的增加大致呈减小的趋势，当锶钡比为0.5:0.5时，介电损耗最小，Sr/Ba值大于0.5:0.5时，膜的介电损耗增加；并且10kHz和100kHz下薄膜的介电损耗明显低于0.1kHz和1kHz状态下。总体来讲，图1说明，当锶钡比为0.5:0.5时膜的介电系数最大而介电损耗最小。

图1 钛酸锶钡膜的锶含量x与介电系数和介电损耗的关系

图2 膜厚与介电系数的关系

2.2 膜厚对薄膜介电性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜，分别甩膜5、6、7、8、9层，研究膜厚对介电性能的影响，测量结果如图2。

由图2可见，薄膜的相对介电常数与膜厚呈线性相关，相对介电常数随膜厚增加而线性增加。因此，从器件性能出发，在尺寸允许的范围内，选择尽量厚的膜有利于提高器件的介电性能。

3 结论

采用溶胶-凝胶法制备了钛酸锶钡薄膜，研究了锶钡比和膜厚对薄膜介电性能的影响规律。研究发现，锶钡比为0.5:0.5时，即Sr0.5Ba0.5TiO3薄膜具有最大的介电系数和最小的介电损耗；随膜厚增加，Sr0.5Ba0.5TiO3薄膜的介电系数线性增加。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.016

陕西省教育厅自然科学项目（08JK462）；陕西省科技厅自然科学项目（SJ08-ZT04）

赵丽丽，山西临汾人，副教授，从事新型电子材料与元器件研究。