Исследование сегнетоэлектрической керамики на основе титаната бария-стронция для применений в сверхвысокочастотных устройствах

• Автор: Павлова, Юлия Валерьевна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 141 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ КЕРАМИКА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЙ В СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ТЕХНИКЕ
1Л. Электрофизические свойства и структура соединений на основе титаната бария-стронция

1.2. Электропроводность и контактные явления

1.3. Применения сегнетоэлектрической керамики в СВЧ технике и

научных исследованиях

Выводы и постановка задач диссертационного исследования

ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ТИТАНАТА БАРИЯ-СТРОНЦИЯ

2.1. Технология изготовления сегнетоэлектрической керамики и формирования электродов
2.2. Аналитические исследования сегнетоэлектрической керамики
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И
УПРАВЛЯЕМОСТЬ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ НА ВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ
3.1. Установка для ВЧ измерений диэлектрических характеристик и управляемости сегнетоэлектрической керамики
3.2. Диэлектрические характеристики сегнетокерамики
3.3. Температурные зависимости диэлектрических характеристик
3.4. Вольт-амперные характеристики
3.5. Анализ результатов исследования электрофизических
характеристик
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЯ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ В8Т(М) И УПРАВЛЯЕМЫХ УСТРОЙСТВ НА ЕЕ ОСНОВЕ В ДИАПАЗОНЕ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ
4.1. Методики определения параметров сегнетоэлектрической керамики в СВЧ диапазоне
4.2. Результаты исследований СВЧ характеристик керамики В8Т(М)
4.3. Управляемые СВЧ резонаторы
4.4.“Электродинамически прозрачный” электрод для управляемых слоистых структур
4.5. Применения сегнетоэлектрической керамики в ускорительных
структурах заряженных частиц
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
А - СВЧ потери С - емкость е - заряд электрона
Е - напряженность электрического поля в - диэлектрическая проницаемость /- частота I - постоянный ток j - плотность постоянного тока Q - добротность R — сопротивление RKC - контактное сопротивление о - удельная проводимость tg5 - тангенс угла диэлектрических потерь Тт - температура максимума диэлектрической проницаемости U - напряжение
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ BST - титанат бария-стронция
BST(M) - сегнетоэлектрическая керамика BST с комплексной магнийсодержащей добавкой
BST(L) - сегнетоэлектрическая керамика BST с лантаноидными добавками ВАХ - вольт-амперная характеристика ВФХ - вольт-фарадная характеристика СЭ - сегнетоэлектрик 03 - объемный заряд
ОДС - отрицательное дифференциальное сопротивление МДМ - металл/диэлектрик/металл

Толщина сегнетоэлектрика /г = Л„,-7?а' выбиралась таким образом, чтобы частота поля в середине диапазона изменения диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика е2 была бы равна 11.42 ГГц - основной рабочей частоте планируемого эксперимента. Из рис. 1.7 в видно, что мы можем варьировать частотой в пределах ±25 % от центральной частоты кильватерного поля/=
11.42 ГГц при £]= 5. Увеличение диэлектрической проницаемости диэлектрика ведет к снижению диапазона управляемости частоты. При выборе другого соотношения между толщинами диэлектрика и сегнетоэлектрика, диапазон частотной регулировки волновода может быть значительно расширен, однако при этом резко возрастает мощность электрических потерь в системе, что ведет к ухудшению параметров ускорения.
На рис. 1.8 показана диэлектрическая ускоряющая структура с сегнето-электрическим слоем, управляемая внешним электрическим постоянным полем [8]. Постоянное напряжение на электродах (до 10 В/мкм для используемого материала), помещенных с внешней стороны сегнетоэлектрической пленки, позволяет изменять диэлектрическую проницаемость сегнетоэлектрика и таким образом перестраивать основную частоту ускоряющей структуры. Для создания электродов планировалось использовать хорошо развитую технологию микроэлектронной литографии. [8,65]. Эта технология широко используется при разработке перестраиваемых высокочастотных фазовращателей и фильтров на основе тонких сегнетоэлектрических пленок. Для применения рассматриваемой технологии необходимо было выполнить следующие требования:
• Конфигурация электродов должна поддерживать соответствующие моды, необходимые для реализации процесса ускорения [64,66].
• Амплитуда проникающего в сегнетоэлектрический слой постоянного поля должна быть максимальной (до 10 В/мкм) при обеспечении однородности управляющего поля [8].
• Конфигурация электродов должна также удовлетворять условию минимизации потерь, вносимых в систему [9,64].