Investigación

 

Novel tunable acceptor doped BST thin films for high quality tunable microwave devices

 

M.W. Cole* y R.G. Geyer**

 

* U.S. Army Research Laboratory, Weapons and Materials Research Directorate Aberdeen Proving Ground, MD 21005, U.S.A., (410)-306-0747. E-mail: mcole@arl.army.mil

** National Institute of Standards and Technology, RF Technology Division, Boulder, CO 80303, U.S.A.

 

Recibido el 5 de noviembre de 2002;
Aceptado el 11 de noviembre de 2003.

 

Abstract

The materials properties of undoped and low concentration Mg doped Ba_0.6.Sr_0.4TiO₃ (BST) thin films are reported. The films were fabricated on single crystal (100) MgO and Pt coated Si substrates via the metalorganic solution deposition (MOSD) technique using carboxylate-alkoxide precursors and post-deposition annealed at 800°C (film/MgO substrates) and 750°C (film/Pt-Si substrates). The dielectric properties were measured at 10 GHz using unpatterned/non-metallized films via a tuned coupled/split dielectric resonator system and at 100 kHz using metal-insulator-metal capacitors. The structure, microstructure, surface morphology and film/substrate compositional quality were analyzed and correlated to the films dielectric and insulating properties. The Mg doped BST films exhibited improved dielectric loss and insulating characteristics compared to the undoped BST thin films. The improved dielectric properties, low leakage current, and good tunability of the low level Mg doped BST thin films merits strong potential for utilization in microwave tunable devices.

Keywords: Tunable microwave devices; thin films; microstructure.

 

Resumen

Se reportan las propiedades de láminas delgadas de Ba_0.6.Sr_0.4TiO₃ (BST) puro y dopado con bajas concentraciones de Mg. Las láminas fueron obtenidas sobre monocristales (100) MgO y sustratos de Si cubiertos de Pt, por deposición de solución metalorgánica (MOSD) usando precursores de carboxilato-alkóxido y recocido post-deposición a 800°C (sustratos lamina/MgO) y 750°C (sustratos lámna/Pt-Si). Las propiedades dieléctricas fueron medidas a 10 GHz usando láminas no-empatronadas/no-metalizadas por sintonía de un sistema dieléctrico resonante de acople/desacople y a 100 kHz mediante capacitores metal-aislante-metal. La estructura, microestructura, morfología y composición de los sistemas lámina/sustrato fueron analizadas y correlacionadas con las propiedades dieléctricas y aislantes de las láminas. Las láminas BST dopadas con Mg exhibieron mejores características de aislamiento y pérdidas dieléctricas que las láminas de BST puras. La mejora en propiedades dieléctricas, baja corriente de pérdida y buena sintonizabilidad de las láminas con bajo dopaje de Mg amerita su utilización potencial para dispositivos de sintonía de microondas.

Descriptores: Dispositivos de sintonía de microondas; películas delgadas; microestructura.

 

PACS: 77: 77.55+f; 81.40.Tv

 

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