Диэлектрические характеристики сегнетоэлектрического фазовращателя с тонкой аморфной пленкой
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-1-23-29Ключевые слова:
сегнетоэлектрический фазовращатель, тонкая пленка, BST, сегнетоэлектрическая фаза, коэффициент нелинейности, диэлектрическая проницаемость, коэффициент потерь, тангенс угла диэлектрических потерь, резонансная частотаАннотация
Статья посвящена исследованию частотных характеристик и коэффициента нелинейности сегнетоэлектрического (СЭ) фазовращателя, который является основой для работы фазированных антенных решеток. Состав пленки титаната бария-стронция (BaxSr1-xTiO3, BST) с соотношением Ba/Sr, равным 70/30, соответствовал СЭ фазе при температуре окружающей среды. Тонкие аморфные пленки BST были получены методом высокочастотного ионно-плазменного напыления толщиной от 57 до 323 нм. Конструкция исследуемого прибора представляла собой планарный конденсатор, а диэлектрическая проницаемость СЭ пленки в нем была рассчитана по полученным значениям емкости методом конформных отображений и частичных емкостей. Исследования показали, что СЭ пленки указанного состава обладают высоким коэффициентом нелинейности (до 5,1) и небольшими значениями тангенса угла диэлектрических потерь (не более 0,019). Частотные исследования образцов показали стабильные значения диэлектрической проницаемости, коэффициента потерь и тангенса угла диэлектрических потерь вплоть до резонансной частоты, лежащей в пределах от 122 до 165 МГц. Рабочий диапазон частот может быть увеличен при изменении геометрии и технологии нанесения электродов. Применение пленок BST в СЭ фазе является перспективным, а их аморфная структура позволит снизить стоимость фазированных антенных решеток.
Библиографические ссылки
1. Вендик О., Парнес М. Фазовращатели сканирующих антенн для радаров обзора территорий. – Беспроводные технологии, 2007, № 3 (8), с. 28–30.
2. Юрцев О.А. Антенны бегущей волны, антенные решетки, антенны коротких, средних и длинных волн. Ч. 3. Минск: БГУИР, 2001, 72 с.
3. Фирсенков А.И. и др. Сегнетоэлектрические плёнки с температурностабильными характеристиками для устройств СВЧ. – СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии, 2020, № 1-2, с. 259–260.
4. Майстренко А., Кочемасов В. СВЧ-фазовращатели на основе сегнетоэлектриков. – СВЧ-электроника, 2017, № 1, с. 42–47.
5. Zhang X. et al. Dielectric Property and Tunability of Multilayer BST-BTO Thin Film in the Terahertz Range. – Optics & Laser Technology, 2022, vol. 155, DOI: 10.1016/j.optlastec.2022.108366.
6. Gatea H.A., Naji I.S. The Effect of Ba/Sr Ratio on the Curie Temperature for Ferroelectric Barium Strontium Titanate Ceramics. – Journal of Advanced Dielectrics, 2020, vol. 10, No. 5, DOI: 10.1142/S2010135X20500216.
7. Мыльников И.Л. и др. Измерения температурных зависимостей ёмкости конденсаторных структур на основе BTO и BST в режиме "охлаждение – нагрев". – Электроника и микроэлектроника СВЧ, 2022, т. 1, c. 324–329.
8. Тумаркин А.В. и др. Сегнетоэлектрические пленки титаната бария-стронция на подложке полуизолирующего карбида кремния. – Письма в журнал технической физики, 2016, т. 42, № 8, С. 70–77.
9. Вендик О.Г., Зубко С.П., Тер-Мартиросян Л.Т. Корреляционные эффекты в сегнетоэлектрическом тонкопленочном конденсаторе. – Физика твердого тела, 1996, т. 38, № 12, с. 3654–3664.
10. Ribeiro C. et al. Flash Sintering of Tunable Dielectric Ba0.6Sr0.4TiO3 Electroceramics. – Journal of the European Ceramic So-ciety, 2024, vol. 44, No. 15, DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2024.116761.
11. Мухортов В.М. и др. Наноразмерные сегнетоэлектрические пленки – новая активная среда для микроэлектроники. – Наука Юга России, 2022, т. 18, № 4, с. 33–43.
12. Маслова Л.А. и др. Исследование структуры и диэлектрических характеристик нанопленок титаната бария-стронция, полученных высокочастотным распылением. – Вакуумная техника и технология, 2010, т. 20, № 2, с. 101–104.
13. Сидоркин А.С., Нестеренко Л.П., Железный С.В. Исследование размерных эффектов в сегнетоэлектрических пленках для создания устройств СВЧ диапазона. – Вестник Воронежского института МВД России, 2021, № 3, с. 111–119.
14. Усачев А.Е. Методы расчета электрических полей. Казань: Казанский государственный энергетический университет, 2013, 111 с.
15. Вендик О.Г., Никольский М.А. Учет нелинейности сегнетоэлектрического слоя в модели планарного конденсатора. – Письма в журнал технической физики, 2003, т. 29, № 5, с. 20–29.
16. Вендик О.Г., Зубко С.П., Никольский М.А. Моделирование и расчет емкости планарного конденсатора, содержащего тонкий слой сегнетоэлектрика. – Журнал технической физики, 1999, т. 69, № 4, с. 1–7.
17. Васильев А.Н., Вендик О.Г., Якушин И.В. Влияние мощности СВЧ сигнала на управляемость сегнетоэлектрического фазовращателя. – Журнал технической физики, 2011, т. 81, № 10, с. 55–59.
18. Steer M.B., Palmer W.D. Multifunctional Adaptive Microwave Circuits and Systems. Edison: SciTech Publishing, 2009, 460 p.
19. Бойков Ю.А. и др. Диэлектрический отклик эпитаксиальных пленок Ba0.75Sr0.25TiO3 на электрическое поле и температуру. – Физика твердого тела, 2002, т. 44, № 11, с. 2061–2068.
#
1. Vendik O., Parnes M. Besprovodnye tehnologii – in Russ. (Wireless Technology), 2007, No. 3 (8), pp. 28–30.
2. Yurtsev O.A. Antenny begushchey volny, antennye reshetki, antenny korotkih, srednih i dlinnyh voln. Ch. 3 (Traveling Wave Anten-nas, Antenna Arrays, Short, Medium and Long Wave Antennas. Part 3). Minsk: BGUIR, 2001, 72 p.
3. Firsenkov A.I. et al. SVCh-tehnika i telekommunikatsionnye tehnologii – in Russ. (Microwave Technology and Telecommunication Technologies), 2020, No. 1-2, pp. 259–260.
4. Maystrenko A., Kochemasov V. SVCh-elektronika – in Russ. (Microwave Electronics), 2017, No. 1, pp. 42–47.
5. Zhang X. et al. Dielectric Property and Tunability of Multilayer BST-BTO Thin Film in the Terahertz Range. – Optics & Laser Technology, 2022, vol. 155, DOI: 10.1016/j.optlastec.2022.108366.
6. Gatea H.A., Naji I.S. The Effect of Ba/Sr Ratio on the Curie Temperature for Ferroelectric Barium Strontium Titanate Ceramics. – Journal of Advanced Dielectrics, 2020, vol. 10, No. 5, DOI: 10.1142/S2010135X20500216.
7. Myl’nikov I.L. et al. Elektronika i mikroelektronika SVCh – in Russ. (Microwave Electronics and Microelectronics), 2022, vol. 1, pp. 324–329.
8. Tumarkin A.V. et al. Pis’ma v zhurnal tehnicheskoy fiziki – in Russ. (Letters to the Journal of Technical Physics), 2016, vol. 42, No. 8, pp. 70–77.
9. Vendik O.G., Zubko S.P., Ter-Martirosyan L.T. Fizika tverdogo tela – in Russ. (Solid State Physics), 1996, vol. 38, No. 12, pp. 3654–3664.
10. Ribeiro C. et al. Flash Sintering of Tunable Dielectric Ba0.6Sr0.4TiO3 Electroceramics. – Journal of the European Ceramic Society, 2024, vol. 44, No. 15, DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2024.116761.
11. Muhortov V.M. et al. Nauka Yuga Rossii – in Russ. (Science of the South of Russia), 2022, vol. 18, No. 4, pp. 33–43.
12. Maslova L.A. et al. Vakuumnaya tehnika i tehnologiya – in Russ. (Vacuum Engineering and Technology), 2010, vol. 20, No. 2, pp. 101–104.
13. Sidorkin A.S., Nesterenko L.P., Zheleznyy S.V. Vestnik Voronezhskogo instituta MVD Rossii – in Russ. (Bulletin of the Voronezh Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia), 2021, No. 3, pp. 111–119.
14. Usachev A.E. Metody rascheta elektricheskih poley (Methods for Calculating Electric Fields). Kazan’: Kazanskiy gosudarstvennyy energeticheskiy universitet, 2013, 111 p.
15. Vendik O.G., Nikol’skiy M.A. Pis’ma v zhurnal tehnicheskoy fiziki – in Russ. (Letters to the Journal of Technical Physics), 2003, vol. 29, No. 5, pp. 20–29.
16. Vendik O.G., Zubko S.P., Nikol’skiy M.A. Zhurnal tehni-cheskoy fiziki – in Russ. (Journal of Technical Physics), 1999, vol. 69, No. 4, pp. 1–7.
17. Vasil’ev A.N., Vendik O.G., Yakushin I.V. Zhurnal tehni-cheskoy fiziki – in Russ. (Journal of Technical Physics), 2011, vol. 81, No. 10, pp. 55–59.
18. Steer M.B., Palmer W.D. Multifunctional Adaptive Micro-wave Circuits and Systems. Edison: SciTech Publishing, 2009, 460 p.
19. Boykov Yu.A. et al. Fizika tverdogo tela – in Russ. (Solid State Physics), 2002, vol. 44, No. 11, pp. 2061–2068
