基于组合薄膜的宽温区可调谐微波器件制造技术

提供了一种基于组合薄膜的宽温区可调谐微波器件，所述可调谐微波器件包括介质衬底、铁电组合薄膜、第一电极和至少一个第二电极；所述铁电组合薄膜设置于所述介质衬底上，在所述铁电组合薄膜中，铁电材料中预定掺杂离子的成分含量沿梯度方向连续梯度变化，所述梯度方向在所述铁电组合薄膜所在平面上；所述第一电极和第二电极用于形成调谐所述铁电组合薄膜介电常数的调谐电场，所述电极被设置为使所述调谐电场方向与所述梯度方向不同。所述可调谐微波器件的介电常数可调温度范围宽，具有较好的温度稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于组合薄膜的宽温区可调谐微波器件
本专利技术涉及电子器件领域，具体涉及一种基于组合薄膜的宽温区可调谐微波器件。
技术介绍
微波器件，例如，微波电容、谐振器以及移相器、波导、延迟线等微波滤波器广泛应用于通信、电子技术中。铁电材料具有非线性的介电常数，在外加直流电场作用下，其介电常数会发生变化，从而使微波器件的谐振频率相应的向高频或低频方向移动，实现工作频率的连续可调。铁电材料微波器件的电可调谐性使得其具有较好的可控性和灵活性。但是，由于铁电材料本身的限制，特定组分的铁电材料仅在一个较窄的温度区间内具有较大的介电可调性，其直接导致铁电材料微波器件的温度稳定性较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提高可调微波器件的温度稳定性，扩宽其频率可调谐温度范围。由此，本专利技术提出一种可调谐微波器件，包括介质衬底、铁电组合薄膜、第一电极和至少一个第二电极；所述铁电组合薄膜设置于所述介质衬底上，在所述铁电组合薄膜中，铁电材料中预定掺杂离子的成分含量沿梯度方向连续梯度变化，所述梯度方向在所述铁电组合薄膜所在平面上；所述第一电极和第二电极用于形成调谐所述铁电组合薄膜介电常数的调谐电场，所述电极被设置为使所述调谐电场方向与所述梯度方向不同。优选地，所述第一电极设置于铁电组合薄膜和介质衬底之间，所述至少一个第二电极设置于所述铁电组合薄膜的上方。优选地，所述第一电极设置于所述介质衬底的下方，所述至少一个第二电极设置于所述铁电组合薄膜的上方。优选地，所述第一电极和所述第二电极均设置于所述铁电组合薄膜的上方。优选地，所述第一电极和所述第二电极均设置于所述铁电组合薄膜和所述介质衬底之间。优选地，所述第一电极和所述第二电极均设置于所述介质衬底的上方，所述第一电极与第二电极之间具有间隙，所述铁电组合薄膜形成于所述间隙中。优选地，所述电极包括与铁电组合薄膜接触的超导体材料层。优选地，所述铁电组合薄膜采用铁电特性随掺杂离子成分含量变化的铁电材料制备。优选地，所述铁电组合薄膜为Ba1‐xSrxTiO3、BaZr1‐xTixO3、Pb1‐xSrxTiO3、PbZr1‐xTixO3、Sr1‐xBax(NbO3)2或Ba1‐xNa2x(NbO3)2，其中，x沿所述梯度方向在第一值和第二值之间连续梯度变化。优选地，所述铁电组合薄膜包括至少一层铁电材料原胞，每个铁电材料原胞中的掺杂离子的成分含量沿梯度方向连续梯度变化。优选地，所述微波器件为电容、谐振器、移相器或带通滤波器。本专利技术通过利用材料组分连续梯度变化的铁电组合薄膜作为可调微波器件的介电常数可调材料，使得铁电组合薄膜具有拓宽的介电常数可调温度范围，从而提高了微波器件的温度稳定性。附图说明通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1是铁电材料SrTiO3在不同温度下介电常数随外加电场变化的曲线图；图2是利用掺杂离子Ba取代Sr获得的铁电材料Ba0.65Sr0.35TiO3在预定温度下介电常数随外加电场变化的曲线图；图3是以A1‐xBx为组分的组合薄膜成分示意图；图4是优选的组合薄膜制备方法中掩模板、介质衬底和前驱靶材的相对位置关系图；图5是优选的组合薄膜制备方法中掩模板的俯视图；图6是优选的组合薄膜制备方法中一个周期生长的薄膜的截面图；图7是优选的组合薄膜制备方法中在精确控制各层以形成原胞的前提下，通过四个周期形成的组合薄膜的截面图；图8是本专利技术第一实施例的可调谐微波器件的截面示意图；图9是本专利技术第一实施例一个优选实施方式的可调谐微波器件的截面示意图；图10a‐10c是本专利技术第二实施例的可调谐微波器件的截面示意图；图11是本专利技术第二实施例一个优选实施方式的可调谐微波器件的截面示意图；图12是本专利技术第二实施例中调谐电场与铁电组合薄膜的梯度方向的关系示意图；图13是本专利技术第三实施例的可调谐微波器件的截面示意图。具体实施方式以下将参照附图更详细地描述本专利技术。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的结构。应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，术语“微波器件”指在制造器件的各个步骤中形成的整个微波传导/滤波结构的统称，包括已经形成的所有层或区域。在下文中描述了本专利技术的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本专利技术。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本专利技术。除非在下文中特别指出，微波器件的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成。在本专利技术的描述中，术语“薄膜”是相对于“厚膜”而言，“厚膜”厚膜是指在衬底上用印刷烧结等技术所形成的厚度为10微米到数十微米的膜层，“薄膜”是指厚度小于10微米的膜层。在本专利技术的描述中，术语“梯度变化”是指沿着预定的方向递增或者递减。术语“梯度方向”是指“梯度变化”所沿的方向。本专利技术可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。铁电材料是一类重要的电子信息功能材料，随着电子元器件集成化、片式化的发展，铁电材料薄膜化已成为必然趋势。介电非线性增强是铁电薄膜的重要特性之一，同时，铁电材料的电压非线性是指材料的极化强度随外加电场非线性变化，因而材料的介电常数随外加电场强度而变化的性质。但是，由于铁电材料本身的限制，特定的铁电材料仅在一个较窄的温度区间内具有介电常数可调性质。图1示出了铁电材料SrTiO3在不同温度下介电常数随外加电场变化的曲线，根据图1可知，铁电材料SrTiO3在温度为4.2K（开尔文）条件下介电常数随外加电场的变化而变化，体现出较好的介电常数可调性，而在温度60K以上时，则低电场已经对铁电材料的介电常数失去了明显的调节作用。对应地，图2示出了利用掺杂例子Ba取代Sr获得的铁电材料Ba0.65Sr0.35TiO3在预定温度下介电常数随外加电场变化的曲线，根据图2可知，与铁电材料SrTiO3不同，铁电材料Ba0.65Sr0.35TiO3在温度为230K的条件下仍然呈现出较强的介电常数可调性，其介电常数根据外加电场呈现出明显的变化。通过类似的比较实验可知，通过调节Ba1‐xSrxTiO3中Ba离子的组分含量在0‐1之间变化可以获得介电常数可调性温度区间不同的铁电材料。类似地，通过研究发现，存在较多种类的铁电特性随掺杂离子成分含量变化的铁电材料，也即，其具有介电常数可调性的温度区间随掺杂离子成分含量的变化而变化。作为示例而非限定，这类材料包括BaZr1‐xTixO3、Pb1‐x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调谐微波器件，包括介质衬底、铁电组合薄膜、第一电极和至少一个第二电极；所述铁电组合薄膜设置于所述介质衬底上，在所述铁电组合薄膜中，铁电材料中预定掺杂离子的成分含量沿梯度方向连续梯度变化，所述梯度方向在所述铁电组合薄膜所在平面上；所述第一电极和第二电极用于形成调谐所述铁电组合薄膜介电常数的调谐电场，所述电极被设置为使所述调谐电场方向与所述梯度方向不同；所述铁电组合薄膜包括至少一层铁电材料原胞，每个铁电材料原胞中的掺杂离子的成分含量沿梯度方向连续梯度变化；所述电极包括与铁电组合薄膜接触的超导体材料层。2.根据权利要求1所述的可调谐微波器件，其特征在于，所述第一电极设置于铁电组合薄膜和介质衬底之间，所述至少一个第二电极设置于所述铁电组合薄膜的上方。3.根据权利要求1所述的可调谐微波器件，其特征在于，所述第一电极设置于所述介质衬底的下方，所述至少一个第二电极设置于所述铁电组合薄膜的上方。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁洁，金魁，孙亮，何豫生，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：