高功率脈沖磁控濺射技術(shù)及鐵電可調(diào)諧微波元件的研究.pdf

1、高功率脈沖磁控濺射（HiPIMS）是一種新興的薄膜濺鍍技術(shù)，能夠在瞬間產(chǎn)生的高密度等離子體，有效地改善薄膜性能，對薄膜工業(yè)的發(fā)展有重要意義。基于鐵電薄膜的可調(diào)諧微波組件，有望在現(xiàn)代通信系統(tǒng)得到重要應(yīng)用而受到廣泛關(guān)注。本論文從HiPIMS薄膜的沉積、鈦酸鍶鋇（BST）薄膜和變?nèi)萜鞯闹苽湟约翱烧{(diào)諧微波元件的設(shè)計三個方面進(jìn)行研究。
　　HiPIMS是在離子化物理氣相沉積技術(shù)的基礎(chǔ)上，在瞬間提供非常高的功率生成高密度等離子體，用以產(chǎn)生高密

2、度體沉積流，目前主要應(yīng)用于制備碳薄膜和各種金屬薄膜。本論文深入研究了HiPIMS技術(shù)的工作機(jī)理，探討了等離子體特性。采用HiPIMS技術(shù)成功地制備了氧化鋯薄膜，并通過理論和實(shí)驗(yàn)研究了不同濺射氣體比例、濺射腔激勵電源功率和脈沖參數(shù)對薄膜質(zhì)量的影響。研究發(fā)現(xiàn)，選擇合適的氧氬比和驅(qū)動脈沖占空比，可以產(chǎn)生較均勻穩(wěn)定的等離子體。在玻璃和氧化銦錫（ITO）-玻璃襯底上制備的氧化鋯薄膜，最小粗糙度分別只有1.1nm和1.3nm，其薄膜的穿透度分別達(dá)到

3、90％和84%以上。玻璃襯底上薄膜的能帶系數(shù)接近5.86eV，ITO襯底上薄膜的光學(xué)能帶會受到ITO的限制，僅為3.8eV。超薄氧化鋯薄膜顯示了優(yōu)于8410A/m的漏電流特性。
　　本論文采用射頻濺鍍技術(shù)沉積了鈦酸鍶鋇薄膜，并討論了沉積氧壓、基片溫度、濺射腔激勵電源功率等對鈦酸鍶鋇薄膜鍍率的影響。成功地制備了金屬-BST-金屬（MIM）結(jié)構(gòu)的變?nèi)萜?，調(diào)諧度可達(dá)44.4%。在此研究基礎(chǔ)上，首次成功制備了金屬-BST-ITO新型結(jié)構(gòu)的

4、變?nèi)萜?。由于氧空缺機(jī)制，ITO變?nèi)萜麟娙?電壓特性為單調(diào)下降趨勢，調(diào)諧度為8.5%。
　　在鐵電薄膜變?nèi)萜骰A(chǔ)上進(jìn)行了鐵電移相器的設(shè)計。采用HFSS仿真軟件模擬了耦合度-3 dB的周期性負(fù)載轉(zhuǎn)向耦合器。在Mach-Zehnder電光調(diào)制結(jié)構(gòu)中應(yīng)用 BST薄膜變?nèi)萜鳎O(shè)計了鐵電薄膜可調(diào)諧移相器。仿真結(jié)果表明，此移相器可實(shí)現(xiàn)最大相移為219.2°，工作頻寬為232MHz。論文最后還設(shè)計了基于本論文所研究的新型移相器的兩種高增益陣列天線