专利名称：介电可调的铌酸铅薄膜材料的制作方法
技术领域：
本发明是关于电子元器件的，特别涉及一种用于微波调谐元器件的铌酸铅薄膜及其制备方法。
背景技术：
随着微波通信系统的快速发展，人们对微波器件，尤其是微波调谐器件提出了更高的要求。响应速度快、尺寸小、频带宽、灵敏度高、工作电压低的微波器件是目前和下一代通信系统必不可少的的组成部分。这些要求给目前的电子材料与元器件带来了巨大的挑战。微波介电可调材料在微波可调元器件领域有着广阔的应用前景，如相控阵天线上 的移相器、谐振器、滤波器等。就材料体系而言，钙钛矿结构的钛酸锶钡BST(BaxSivxTiO3)基材料与铋基立方焦绿石结构的Bih5ZnNbh5O7(BZN)和Bih5MgNbh5O7(BMN)材料是目前研究较多的两类介电可调微波介质材料。BST基薄膜材料的特点是介电调谐率高，但介电损耗大通常tg δ >0. 01，报道的最小损耗为O. 005。而微波器件要求介质材料有较低的介电损耗，介电损耗降低有利于减小器件的插入损耗。铋基立方焦绿石结构的BZN与BMN材料也具有介电可调性，并且其介电损耗比BST低。但是，使该类材料达到较高的调谐率需要的偏压很高，例如BZN薄膜的调谐率为29. 2%时需要I. 2MV/cm的场强，调谐率为55%时则需要2.4MV/cm的场强。如此高的操作电场对器件的可靠性提出了极高的要求。因此，开发具有低介电损耗并且在较低的场强下也具有较高调谐率的新材料体系已成为当前压控微波材料与器件领域的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高调谐率、低损耗的介电可调的铌酸铅薄膜材料及其制备方法。本发明通过如下技术方案予以实现。一种介电可调的铌酸铅薄膜材料，其化学式及摩尔含量为PbxNb205+x其中χ=1. 05 I. 35。上述介电可调的铌酸铅薄膜材料的制备方法，具有如下步骤( I)配制铌的柠檬酸水溶液(a)根据PbxNb205+x其中χ=1· 05 I. 35的化学计量比称取Nb2O5,将Nb2O5放入氢氟酸中，水浴加热至Nb2O5全部溶解；(b)向上述溶液中加入氨水生成铌酸沉淀；(C)抽滤洗涤上述沉淀，然后将铌酸加入柠檬酸的水溶液中，得到铌的柠檬酸水溶液，其中铌离子与柠檬酸的摩尔比为I: 2 1:6。(2)按PbxNb205+x其中X=L 05 I. 35的化学计量比称取硝酸铅，加入去离子水中，搅拌至充分溶解，得到硝酸铅的水溶液。
(3)将步骤(I)配置的铌的柠檬酸溶液加入步骤(2)配置的液体中，搅拌均匀得铅和铌的柠檬酸水溶液。(4)步骤(3)制得的铅和铌的柠檬酸水溶液中加入乙二醇，加热搅拌，得前驱体溶胶，柠檬酸与乙二醇的摩尔为1:广1:4。(5)将步骤(4)配置的前躯体溶胶滴在基片上，用台式匀胶机匀胶，使溶胶均匀地涂覆在基片上，然后在热板上干燥；
(6)将步骤(5)干燥后的薄膜在50(T70(rC进行热处理；(7)重复步骤(5)、(6)制备多层薄膜；(8)将制备的多层薄膜在50(T70(TC热处理0.5 2h，得到介电可调的铌酸铅介质薄膜。所述步骤(5)的基片为ITO玻璃基片或覆有电极的Si基片。本发明公开的PbxNb205+x (x=l. 05 I. 35)铌酸铅介电可调薄膜具有高调谐率和低介电损耗，其介电常数为35(Γ440，介电损耗为O. 005 O. 0007，500kV/cm偏压下的调谐率为25% 30%，优值> 100，综合性能优于目前研究最广泛的BST薄膜和BZN薄膜；本发明提供的方法具有精确控制薄膜化学组分的优点；本发明的制备工艺流程简单、成本低廉、具有良好的应用前景。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明做进一步描述，本发明所用原料均为市售分析纯原料。本发明介电可调的铌酸铅薄膜材料的制备方法，具有如下步骤( I)配制铌的柠檬酸水溶液(a)根据PbxNb205+x其中χ=1· 05 I. 35的化学计量比称取Nb2O5,将Nb2O5放入氢氟酸中，水浴加热至Nb2O5全部溶解；(b)向上述溶液中加入氨水生成铌酸沉淀；(C)抽滤洗涤上述沉淀，然后将铌酸加入柠檬酸的水溶液中，得到铌的柠檬酸水溶液，其中铌离子与柠檬酸的摩尔比为1:2 1:6。(2)按PbxNb205+x其中x=l. 05 I. 35的化学计量比称取硝酸铅，加入去离子水中，搅拌至充分溶解，得到硝酸铅的水溶液。(3)将步骤(I)配置的铌的柠檬酸溶液加入步骤(2)配置的液体中，搅拌均匀得铅和铌的柠檬酸水溶液。(4)步骤(3)制得的铅和铌的柠檬酸水溶液中加入乙二醇，加热搅拌，得前驱体溶胶，柠檬酸与乙二醇的摩尔为1:广1:4。(5)将步骤(4)配置的前躯体溶胶滴在基片上，用台式匀胶机匀胶，使溶胶均匀地涂覆在基片上，然后在热板上干燥；所述的基片为ITO玻璃基片或覆有电极的Si基片；(6)将步骤(5)干燥后的薄膜在50(T70(rC进行热处理；(7)重复步骤(5)、(6)制备多层薄膜；(8)将制备的多层薄膜在50(T70(TC热处理O. 5^2h,得到介电可调的铌酸铅介质薄膜。本发明具体实施例的原料用量关系见表I。
表权利要求
1.一种介电可调的铌酸铅薄膜材料，其化学式及摩尔含量为抓,205+!￡其中1=1.05 I. 35。
上述介电可调的铌酸铅薄膜材料的制备方法，具有如下步骤 (1)配制铌的柠檬酸水溶液 (a)根据PbxNb205+x其中Χ=1·05 I. 35的化学计量比称取Nb2O5,将Nb2O5放入氢氟酸中，水浴加热至Nb2O5全部溶解； (b)向上述溶液中加入氨水生成铌酸沉淀； (c)抽滤洗涤上述沉淀，然后将铌酸加入柠檬酸的水溶液中，得到铌的柠檬酸水溶液，其中铌离子与柠檬酸的摩尔比为1:2 1:6。
(2)按PbxNb205+x其中X=L05 I. 35的化学计量比称取硝酸铅，加入去离子水中，搅拌至充分溶解，得到硝酸铅的水溶液。
(3)将步骤(I)配置的铌的柠檬酸溶液加入步骤(2)配置的液体中，搅拌均匀得铅和铌的柠檬酸水溶液。
(4 )步骤(3 )制得的铅和铌的柠檬酸水溶液中加入乙二醇，加热搅拌，得前驱体溶胶，柠檬酸与乙二醇的摩尔为1:广1:4。
(5)将步骤(4)配置的前躯体溶胶滴在基片上，用台式匀胶机匀胶，使溶胶均匀地涂覆在基片上，然后在热板上干燥； (6)将步骤(5)干燥后的薄膜在50(T7(KrC进行热处理； (7)重复步骤(5)、(6)制备多层薄膜；(8)将制备的多层薄膜在50(T700°C热处理O.5 2h，得到介电可调的铌酸铅介质薄膜。
2.根据权利要求I的介电可调的铌酸铅薄膜材料，所述步骤(5)的基片为ITO玻璃基片或覆有电极的Si基片。
全文摘要
本发明公开了一种介电可调的铌酸铅薄膜材料，其化学式及摩尔含量为PbxNb2O5+x其中x=1.05～1.35。制备方法为首先制备铅和铌的柠檬酸水溶液，再于该溶液中加入乙二醇，得前驱体溶胶；再将前躯体溶胶滴在基片上，经匀胶，干燥，热处理，重复制备多层薄膜，再于500~700℃热处理0.5~2h，得到介电可调的铌酸铅介质薄膜。本发明的综合性能优于目前研究最广泛的BST薄膜和BZN薄膜，其介电常数为350~440，介电损耗为0.005～0.0007，500kV/cm偏压下的调谐率为25%～30%，优值≥100；本发明的方法具有精确控制薄膜化学组分的优点；本发明工艺简单、成本低廉、具有良好的应用前景。
文档编号C03C17/22GK102775185SQ20121026159
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者夏往所, 宁平凡, 张晓宇, 李玲霞, 董和磊 申请人:天津大学