硅基纳米晶微波介质陶瓷薄膜材料
项目概况
- 成果名称：硅基纳米晶微波介质陶瓷薄膜材料 研究情况： 集 成电子薄膜是单片、微型化器件的材料基础。在国家自然科学基金 青年基金科学项目支撑下，申请人针对纳米晶微波介质陶瓷薄膜溶 胶-凝胶制备工艺、取向可控生长及介电性能开展研究，研究掌握 了控制晶粒取向生长的关键因素及取向薄膜的介电响应和有序结 构。对介质薄膜晶格振动光谱进行了表征分析，利用第一性原理计 算理想结晶状态时薄膜的本征介电性能。理论结合实验，以晶格振 动模式为媒介阐明了纳米晶薄膜微结构与介电性能的关联性。主要 研究结果如下： （1）对溶胶-凝胶法制备纳米晶微波介质陶瓷薄 膜的工艺进行了探索，确立了溶胶制备过程中的关键参数。采用金 属无机盐与氧化物为原料代替金属醇盐配制 BSZN 溶胶，通过溶胶 浓度控制、成膜助剂添加及干燥制度的引入优化了溶胶-凝胶工艺， 制备出了高质量的 BSZN 薄膜。 （2）对 BSZN 薄膜晶体结构的研 究显示，随着退火温度的升高，BSZN 薄膜的择优取向发生转变， 由(110)取向变为(101)取向。取向的转变受自由能最小化原则影 响，(110)取向对薄膜介电性能的提高具有积极的作用。 （3）利 用改进的溶胶-凝胶工艺成功的制备出了具有高(110)取向的 BSZN 薄膜。对取向生长机理进行了分析，提出了自组装与自模板共同作 用的薄膜取向生长模型，建立了薄膜制备过程-取向/性能-热应力 之间的关系。 （4）介电性质与晶格振动的关系为：对于一个振 动模，较大的介电常数贡献Δε往往伴随着较大的损耗贡献Δtan δ，大质量阳离子（Ba/Sr）的振动及氧八面体 BO6 (B =Zn 或 Nb) 的振动是决定体系微波介电性能的关键因素。 应用领域及前景： 研究成果对新型信息功能材料及元器件领域将产生积极影 响，对深入认识硅基纳米晶微波介电薄膜的取向生长特性具有重要 的科学意义，为设计新型的介电薄膜/硅基微波集成器件打下坚实 的理论和实验基础，具有广阔的应用前景。
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