新型低损耗铌酸铋镁介电可调薄膜材料研究

申请人研究发现，立方焦绿石结构的铌酸铋镁(Bi1.5MgNb1.5O7, BMN)材料介电调谐率较高、介电损耗小，是一种非常有前途的新型微波介质可调材料。本项目采用磁控溅射方法制备铋基焦绿石BMN薄膜材料，研究薄膜组成、微结构以及薄膜内应力、取向对介电调谐性能的影响，研制调谐率高、介电损耗小、性能稳定的BMN薄膜材料；将铋基焦绿石材料A位离子无序结构特征与介电调谐机制相关联，通过研究A位离子构成、无序分布以及在温度、电场作用下的介电驰豫和介电极化响应，阐明铋基焦绿石材料介电调谐机理；针对BMN铋基焦绿石薄膜材料的微波应用，研究其微波介电调谐性能和损耗行为，为BMN薄膜介质微波调谐器件的研制奠定基础。本项目对BMN材料的薄膜制备方法、介电调谐性能和调谐机理、以及微波介电特性进行深入研究，有望开发出一类具有自主知识产权的低损耗微波介电可调材料。

本项目对介电损耗小、调谐率较高的BMN可调薄膜材料进行了研究，完成了BMN薄膜材料的制备工艺、介电调谐及损耗机理、以及BMN介质变容管的微细加工技术等研究内容。在BMN薄膜材料制备工艺研究方面，解决了磁控溅射方法制备BMN薄膜材料的结构、成分控制方法，制备了研制出调谐率为50%、介电损耗约0.002的BMN薄膜材料。通过BMN薄膜材料的介电可调机理研究，表明BMN薄膜的介电可调性能主要受A位离子影响，A位离子在电场下的极化响应是铋基焦绿石材料介电调谐性能的主要机理，BMN材料中Mg离子的活动性增强了其介电调谐性能。BMN薄膜材料的介电损耗机理研究表明，其损耗主要是由于氧空位损耗机制，适当的氧气氛退火可有效降低损耗。.采用微细加工技术设计制作了BMN薄膜介质变容管， BMN薄膜变容管在高频下的损耗行为受电极结构、尺寸影响，针对变容管的Q值进行了优化设计，测试结果表明，BMN薄膜变容器Q值达到250(1MHz)，在200MHz范围内，Q值仍达到100以上。.通过本项目的研究，制备了调谐率较高、介电损耗低的高品质铋基焦绿石BMN薄膜材料，研制了高Q值的BMN介质变容管，为高品质介质压控微波器件的研制打下了基础。