Вопросы радиоэлектроники. 2019; : 68-78
Температурно-стабильные многослойные нанокомпозитные сегнетоэлектрические пленки для устройств СВЧ
https://doi.org/10.21778/2218-5453-2019-9-68-78Аннотация
Получены аналитические модели расчета эффективной диэлектрической проницаемости в структурах «диэлектрическая подложка - многослойная нанокомпозитная сегнетоэлектрическая пленка (МНСЭП)» с металлическими электродами (планарное расположение на поверхности МНСЭП и с двух сторон МНСЭП), используемые для создания электрически перестраиваемых устройств с температурно-стабильными параметрами. Стабилизация эффективной диэлектрической проницаемости МНСЭП в требуемом интервале температур обеспечена выбором количества слоев, их толщин и концентраций бария для каждого нанокомпозитного сегнетоэлектрического слоя титаната бария-стронция (BaxSr1-xTiO3). Исследованы характеристики МНСЭП и параметры созданных на их основе варикондов - планарных многощелевых и в виде сэндвич-структур. Представлены экспериментальные характеристики фазовращателя отражательного типа с плавной перестройкой фазы, работающего в мм-диапазоне длин волн, где в качестве элементов перестройки используются сегнетоэлектрические конденсаторы с МНСЭП.
Список литературы
1. Вербицкая Т. Н. Титанат бария. М.: Наука, 1973. 264 с.
2. Вендик О. Г. Сегнетоэлектрики в технике СВЧ. М.: Сов. радио, 1979. 272 с.
3. Смоленский Г. А., Боков В. А., Исупов В. А. и др. Физика сегнетоэлектрических явлений. Л.: Наука, 1985. 396 с.
4. Белов Н. В. Титанат бария // Сборник докл. семинара по сегнетоэлектричеству, ФИАН, 1970. М.: Наука, 1973. С. 264.
5. Вербицкая Т. Н., Александрова Л. М., Широбокова Е. И. Электрические свойства пленочных варикондов с прямоугольной петлей гистерезиса // Изв. АН СССР. Серия физическая. 1965. Т. 29. C. 2104.
6. Дудкевич В. П., Фесенко Е. Г. Физика сегнетоэлектрических пленок. Ростов: Изд-во РГУ, 1979. 189 с.
7. Томашпольский Ю. Я. Пленочные сегнетоэлектрики. М.: Радио и связь, 1984. 192 с.
8. Дедык А. И., Гольцман Б. М., Карманенко С. Ф. и др. Диэлектрические свойства тонких пленок SrTiO3 и Sr05Ba05TiO3 // ФТТ. 1996. Т. 38. № 8. С. 2493-2496. ..
9. Мухортов В. М., Масычев С. И., Головко Ю. И. и др. Применение наноразмерных пленок титаната бария-стронция для перестраиваемых сверхвысокочастотных устройств // ЖТФ. 2006. Т. 76. № 10. С. 106-109.
10. Mariani E. A., et al. Slotline characteristics // IEEE Trans. 1969. Vol. MTT-17. P. 1091-1096.
11. Малышев М. Н., Мироненко И. Г. Планарные линии на основе слоистого диэлектрика // Известия вузов МВ и ССО СССР. Радиоэлектроника. 1983. Т. 26. № 1.
12. Romanofsky R., Bernhard J., et al. A K-band linear phased array antenna based on Ba060Sr040TiO3 thin film phase shifters // MTT-S Interantional Microwave Symposium Digest. 2000. Vol. III. P. 1351-1354.
13. Cole M. W., Ngo E., et al. The fabrication and material properties of compositionally multilayered Ba1-xSrxTiO3 thin films for realization of temperature insensitive tunable phase shifter devices // J. Appl. Phys. 2007. Vol. 102. P. 034104.
14. Kang C.-Y., Karmanenko S. F., et. al. The investigation of dielectric characteristics of (Ba, Sr)TiO3 thin films in millimeter wavelength range // Integrated Ferroelectrics. 2006. Vol. 86. Iss. 1. P. 131-140.
15. Технология и диэлектрические свойства многослойных нанокомпозитных сегнетоэлектрических пленок / В. М. Балашов, И. Г. Мироненко, А. А. Иванов, А. И. Фирсенков, Д. В. Велькин, О. В. Яковлев, Н. А. Емельянов // Вопросы радиоэлектроники. 2018. № 1. С. 62-67.
16. Мироненко И. Г., Иванов А. А. и др. Влияние послеростового отжига на диэлектрическую проницаемость многослойных многокомпонентных сегнетоэлектрических пленок // Сб. статей VII Всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ». СПб.: СПбГэТУ «ЛЭТИ», 2018. С. 594-597.
17. Электрически управляемые сэндвич-конденсаторы на многослойных сегнетоэлектрических пленках / А. И. Фирсенков, С. В. Сковородников, Д. В. Велькин, И. Г. Мироненко, А. А. Иванов // Сб. статей VII Всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ». СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2018. С. 34-38.
18. Сегнетоэлектрические пленки и устройства на сверх- и крайне высоких частотах / А. А. Иванов, И. Г. Мироненко, С. Ф. Карманенко, А. А. Семенов, И. А. Назаров. СПб.: Элмор, 2007. 162 с.
19. Щелевая линия на основе нанокомпозитных сегнетоэлектрических пленок / И. Г. Мироненко, А. А. Иванов, А. А. Семенов, Д. В. Велькин // Радиотехника. 2012. № 7. С. 117-122.
Issues of radio electronics. 2019; : 68-78
Temperature-stable multilayer nanocomposite ferroelectric films for microwave devices
https://doi.org/10.21778/2218-5453-2019-9-68-78Abstract
There are obtained the analytical models for calculation of permittivity in the structures «dielectric substrate - multilayer nanocomposite ferroelectric film (MNFEF) » with metallic electrodes (planar arrangement on MNFEF surface and from the both sides of MNFEF), that are used for construction of electrically retuned devices with temperature-stable parameters. Temperature stabilization of effective MNFEF permittivity in the required temperature interval is provided by selection of layers quantity for their thickness and barium concentrations for each nanocomposite ferroelectric layer composed as BaxSr1-xTiO3. MNFEF characteristics and parameters of variconds designed on their basis (planar multislot and in the form of sandwich-structure are studied. There are presented experimental characteristics of the reflector type phase-shifter with fine phase tuning, operating in W-band where as a tuning element ferroelectric capacitors with MNFEF are used.
References
1. Verbitskaya T. N. Titanat bariya. M.: Nauka, 1973. 264 s.
2. Vendik O. G. Segnetoelektriki v tekhnike SVCh. M.: Sov. radio, 1979. 272 s.
3. Smolenskii G. A., Bokov V. A., Isupov V. A. i dr. Fizika segnetoelektricheskikh yavlenii. L.: Nauka, 1985. 396 s.
4. Belov N. V. Titanat bariya // Sbornik dokl. seminara po segnetoelektrichestvu, FIAN, 1970. M.: Nauka, 1973. S. 264.
5. Verbitskaya T. N., Aleksandrova L. M., Shirobokova E. I. Elektricheskie svoistva plenochnykh varikondov s pryamougol'noi petlei gisterezisa // Izv. AN SSSR. Seriya fizicheskaya. 1965. T. 29. C. 2104.
6. Dudkevich V. P., Fesenko E. G. Fizika segnetoelektricheskikh plenok. Rostov: Izd-vo RGU, 1979. 189 s.
7. Tomashpol'skii Yu. Ya. Plenochnye segnetoelektriki. M.: Radio i svyaz', 1984. 192 s.
8. Dedyk A. I., Gol'tsman B. M., Karmanenko S. F. i dr. Dielektricheskie svoistva tonkikh plenok SrTiO3 i Sr05Ba05TiO3 // FTT. 1996. T. 38. № 8. S. 2493-2496. ..
9. Mukhortov V. M., Masychev S. I., Golovko Yu. I. i dr. Primenenie nanorazmernykh plenok titanata bariya-strontsiya dlya perestraivaemykh sverkhvysokochastotnykh ustroistv // ZhTF. 2006. T. 76. № 10. S. 106-109.
10. Mariani E. A., et al. Slotline characteristics // IEEE Trans. 1969. Vol. MTT-17. P. 1091-1096.
11. Malyshev M. N., Mironenko I. G. Planarnye linii na osnove sloistogo dielektrika // Izvestiya vuzov MV i SSO SSSR. Radioelektronika. 1983. T. 26. № 1.
12. Romanofsky R., Bernhard J., et al. A K-band linear phased array antenna based on Ba060Sr040TiO3 thin film phase shifters // MTT-S Interantional Microwave Symposium Digest. 2000. Vol. III. P. 1351-1354.
13. Cole M. W., Ngo E., et al. The fabrication and material properties of compositionally multilayered Ba1-xSrxTiO3 thin films for realization of temperature insensitive tunable phase shifter devices // J. Appl. Phys. 2007. Vol. 102. P. 034104.
14. Kang C.-Y., Karmanenko S. F., et. al. The investigation of dielectric characteristics of (Ba, Sr)TiO3 thin films in millimeter wavelength range // Integrated Ferroelectrics. 2006. Vol. 86. Iss. 1. P. 131-140.
15. Tekhnologiya i dielektricheskie svoistva mnogosloinykh nanokompozitnykh segnetoelektricheskikh plenok / V. M. Balashov, I. G. Mironenko, A. A. Ivanov, A. I. Firsenkov, D. V. Vel'kin, O. V. Yakovlev, N. A. Emel'yanov // Voprosy radioelektroniki. 2018. № 1. S. 62-67.
16. Mironenko I. G., Ivanov A. A. i dr. Vliyanie poslerostovogo otzhiga na dielektricheskuyu pronitsaemost' mnogosloinykh mnogokomponentnykh segnetoelektricheskikh plenok // Sb. statei VII Vserossiiskoi konferentsii «Elektronika i mikroelektronika SVCh». SPb.: SPbGeTU «LETI», 2018. S. 594-597.
17. Elektricheski upravlyaemye sendvich-kondensatory na mnogosloinykh segnetoelektricheskikh plenkakh / A. I. Firsenkov, S. V. Skovorodnikov, D. V. Vel'kin, I. G. Mironenko, A. A. Ivanov // Sb. statei VII Vserossiiskoi konferentsii «Elektronika i mikroelektronika SVCh». SPb.: SPbGETU «LETI», 2018. S. 34-38.
18. Segnetoelektricheskie plenki i ustroistva na sverkh- i kraine vysokikh chastotakh / A. A. Ivanov, I. G. Mironenko, S. F. Karmanenko, A. A. Semenov, I. A. Nazarov. SPb.: Elmor, 2007. 162 s.
19. Shchelevaya liniya na osnove nanokompozitnykh segnetoelektricheskikh plenok / I. G. Mironenko, A. A. Ivanov, A. A. Semenov, D. V. Vel'kin // Radiotekhnika. 2012. № 7. S. 117-122.
