高品质柔性BTS基结晶薄膜的制备及其介电可调性能优化研究

As a new revolution of electronic technology, flexible electronic technology is one of the most exciting and promising information technologies, and has received a great deal of attention in academic and industrial circles. However, how to deposit functional oxide thin films with good crystallization on flexible substrates is the urgent problem to be solved. In this project, the preparation and dielectric tunable properties of high quality flexible Ba(SnxTi1-x)O3 (BTS) based crystal thin films will be investigated. Magnetron sputtering and photonic sintering techniques will be adopted to prepare the flexible BTS based crystal thin films on PC substrates. The crystal structure and grain growth characteristics of flexible BTS based crystal thin films will be deeply discussed, the mechanisms of tunability and loss will be explored by the calculation of chemical bond, and then the correlation between growth orientation and dielectric tunable properties will be determined. The dielectric tunable properties will be improved through controlling crystal orientation growth of flexible BTS based thin films, and further improved via interface engineering. The implementation of this project is expected to solve the crystal problem for the dielectric oxide thin films prepared on flexible substrates, brings the original breakthrough, and effectively promotes the development of flexible electronic technology.

柔性电子技术作为一场全新的电子技术革命，是当今最令人激动和最有前景的信息技术之一，受到学术界和工业界的广泛关注。然而，如何在柔性衬底上制备出具有优良结晶性的氧化物电子薄膜仍旧是一个亟待解决的难题。本项目拟以Ba(SnxTi1-x)O3 (BTS)基薄膜材料为研究对象，对高品质柔性BTS基结晶薄膜的制备及其介电可调特性展开研究。采用磁控溅射技术和光子烧结技术在PC衬底上制备柔性BTS基结晶薄膜，深入探讨柔性BTS基结晶薄膜的结晶及晶粒生长特性，并通过化学键计算探索调谐和损耗机制，进而确定生长取向与介电可调性能的关联机制。通过实现柔性BTS基结晶薄膜的晶向可控生长，提升薄膜的介电可调性能。结合多层薄膜的界面工程技术，进一步优化柔性BTS基结晶薄膜的介电可调性能。本研究有望解决在柔性衬底上对介电氧化物薄膜的结晶化技术难题，带来原创性的突破，有效促进柔性电子技术的发展。

钛锡酸钡（BaSn0.15Ti0.85O3, BTS）基介质材料凭借其高的介电调谐率成为学界和业界近年来普遍看好的介电调谐材料，然而，由于该类材料介电损耗较高，不能满足实际应用的要求。此外，随着柔性电子技术的发展，对钛锡酸钡的柔性制备技术也提出了新的挑战。针对以上问题，本项目结合BTS基薄膜理论、柔性制备及界面工程技术，实现了高品质柔性BTS基结晶薄膜的制备。本项目主要开展了以下三方面工作：（1）对BTS基薄膜的制备工艺进行了系统探索，确立了薄膜制备过程中生长参数。通过对不同制备参数下薄膜性能进行分析，得出了影响薄膜性能的因素，从而通过优化薄膜工艺，制备出了高质量的BTS基薄膜。（2）对BTS基薄膜的的柔性制备技术及光子烧结技术进行了系统研究，结合薄膜的晶化、介电调谐和损耗机制研究，获得了具有高调谐率和低损耗的柔性BTS基结晶薄膜。（3）通过多层复合生长控制BTS基薄膜的生长晶相，结合界面工程技术，进一步优化了BTS基薄膜的性能，并提出来多层复合薄膜的介电模型，获得了界面结构对薄膜性能影响的内在机制。本项目对深入认识BTS基薄膜的介电调谐特性具有重要的科学意义，在新型信息功能元器件及柔性电子学领域具有广阔的应用前景。. 项目组共计发表了论文51篇，其中SCI收录48篇，EI收录1篇，ISTP收录2篇。此外，项目组还申请了国家发明专利49项（授权7项），获得省部级二等奖1项。