一种透明薄膜变容管及其制备方法与流程

本发明涉及电子信息材料与元器件的技术领域，特别是涉及一种透明薄膜变容管及其制备方法。

背景技术：

电子设备的透明化是未来电子设备领域发展的一个重要的方向，因其不仅在美观上有重大改进，而且其也具有独特的光学性能。最近，国际上的电子巨头，如苹果、三星、谷歌等均致力于透明电子设备的研发与设计。另外，中国在内的许多大公司也一直在致力于透明显示器、透明手机及相关透明电子通讯设备的研究。而实现这些电子设备透明化的关键步骤是元器件的透明化，其中，薄膜变容管是电子通讯设备必不可少的元器件，因此，实现薄膜变容管的透明化是实现电子通讯设备的透明化的必要环节。因此，制备出透明薄膜变容管是当务之急。

现有技术中，虽然已经制备出一些透明薄膜变容管，例如，铌酸镁铋薄膜压控变容管、全透型铋基焦绿石薄膜压控变容管、透明钛酸锶钡基薄膜压控变容管、氧化镍压控薄膜变容管等，但是，目前所制备的上述透明薄膜变容管均存在缺陷：（1）铌酸镁铋薄膜压控变容管和全透型铋基焦绿石薄膜压控变容管，因含有易挥发元素Bi，因此，使得其性质不稳定，进而使得其介电调谐率较小；（2）透明钛酸锶钡基薄膜压控变容管，由于含有大量的Ti元素，并且由于Ti的化合价不稳定，因此导致其介电损耗较高，进而降低其介电调谐率；（3）氧化镍压控薄膜变容管，由于其为半导体变容管，因此，其介电常数较小，使得其介电损耗极大。

另外，现有技术制备透明薄膜变容管多采用磁控溅射的方法，但是，采用磁控溅射的方法不适宜制备多组分化合物薄膜变容管，并且使得所制备的薄膜变容管的结晶性不好，且导致薄膜变容管的组分不够均匀，薄膜变容管的组分与靶材组分不够接近。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于针对现有技术中的不足之处而提供一种介电调谐率大、介电损耗低且性质稳定的透明薄膜变容管。

本发明的目的之二在于针对现有技术中的不足之处而提供一种透明薄膜变容管的制备方法，该透明薄膜变容管的制备方法使得所制备的薄膜变容管的结晶性好，且薄膜变容管的组分均匀，薄膜变容管的组分与靶材组分更加接近。

为达到上述目的之一，本发明通过以下技术方案来实现。

提供一种透明薄膜变容管，包括衬底、沉积于所述衬底的锡钛酸钡薄膜、以及与所述锡钛酸钡薄膜连接的电极。

所述锡钛酸钡薄膜中锡钛酸钡的化学式为BaSn_0.15Ti_0.85O₃。

所述锡钛酸钡薄膜的厚度为100nm~600nm。

所述衬底为FTO玻璃衬底。

所述电极为圆柱形电极，所述圆柱形电极的直径为0.05mm~0.3mm。

所述圆柱形电极为圆柱形金电极。

为达到上述目的之二，本发明通过以下技术方案来实现。

提供一种透明薄膜变容管的制备方法，它包括以下步骤：

步骤一，制备锡钛酸钡靶材：将原料碳酸钡、氧化钛和氧化锡充分混合后压制成型，然后置于一定温度下保温一定时间后，得到烧制的锡钛酸钡靶材；

步骤二，脉冲激光沉积锡钛酸钡薄膜：将衬底放入脉冲激光沉积系统中，并将脉冲激光沉积系统抽至一定的真空度，然后加热衬底至一定温度，然后利用脉冲激光和步骤一得到的锡钛酸钡靶材在衬底上沉积锡钛酸钡薄膜，然后待衬底冷却至一定温度后，取出沉积于衬底上的锡钛酸钡薄膜；

步骤三，制备电极：在步骤二制得的沉积于衬底上的锡钛酸钡薄膜上制备电极，即得到透明薄膜变容管。

上述技术方案中，所述步骤一制备锡钛酸钡靶材的步骤中，所述保温温度为1250℃～1400℃，所述保温时间为4h~10h；

所述碳酸钡、所述氧化钛和所述氧化锡的纯度均为99.0%~99.9%。

上述技术方案中，所述步骤二脉冲激光沉积锡钛酸钡薄膜的步骤中，所述脉冲激光沉积系统的真空度为0.1×10^-3Pa~1.0×10^-3Pa，所述衬底加热至500℃~700℃，所述衬底冷却至50℃~100℃；

所述脉冲激光沉积系统中，是采用氧气作为生长气体，所述氧气的压强为5 Pa~100 Pa，所述氧气的纯度为99.99%。

上述技术方案中，所述步骤三制备电极的步骤中，在步骤二制得的沉积于衬底上的锡钛酸钡薄膜上利用掩膜版并采用热蒸渡法制备电极，即得到透明薄膜变容管。

本发明的有益效果：

（1）本发明提供的一种透明薄膜变容管，由于采用锡钛酸钡薄膜作为核心部分，该锡钛酸钡薄膜不含有挥发性元素，因此使得所制备的透明薄膜变容管的性质稳定；另外，该锡钛酸钡（BaSn_0.15Ti_0.85O₃）薄膜中，用于通过Sn元素对Ti元素进行部分取代，使得能够在一定程度上降低所制得的透明薄膜变容管的介电损耗，并且能够提高所制得的透明薄膜变容管的介电调谐率。因此，本发明所制得的透明薄膜变容管具有介电调谐率大、介电损耗低且性质稳定的优点，其中，本发明所制得的透明薄膜变容管的介电调谐率≥50%。

（2）本发明提供的一种透明薄膜变容管，是以锡钛酸钡薄膜作为核心部分，由于锡钛酸钡薄膜具有较宽的带隙，在可见光区具有极高的透过率，因此，本发明所制得的透明薄膜变容管具有透明性高的优点，其在可见光范围内（波长为300nm~800nm）的平均光学透过率≥78%。

（3）本发明提供的一种透明薄膜变容管的制备方法，由于采用脉冲激光沉积法制备锡钛酸钡薄膜，从而适宜制备多组分化合物薄膜变容管，因此，该透明薄膜变容管的制备方法使得所制备的薄膜变容管的结晶性好，且薄膜变容管的组分均匀，薄膜变容管的组分与靶材组分更加接近。

（4）本发明提供的一种透明薄膜变容管的制备方法，具有制备方法简单，生产成本低，且能够适用于大规模生产的特点。

附图说明

图1是本发明的一种透明薄膜变容管的结构示意图。

在图1中包括有：

电极1；

锡钛酸钡薄膜2；

衬底3。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1。

本实施例的一种透明薄膜变容管，见图1所示，包括衬底3、沉积于衬底3的锡钛酸钡薄膜2、以及与锡钛酸钡薄膜2连接的电极1。

本实施例中，锡钛酸钡薄膜2中锡钛酸钡的化学式为BaSn_0.15Ti_0.85O₃。

本实施例中，锡钛酸钡薄膜2的厚度为350nm。

本实施例中，衬底3为FTO玻璃衬底。

本实施例中，电极1为圆柱形电极，圆柱形电极的直径为0.2mm。其中，本实施例的圆柱形电极为圆柱形金电极。

本实施例的一种透明薄膜变容管的制备方法，它包括以下步骤：

步骤一，制备锡钛酸钡靶材：将原料碳酸钡、氧化钛和氧化锡充分混合后压制成型，然后置于1300℃下保温7h后，得到烧制的锡钛酸钡靶材；本实施例中，碳酸钡、氧化钛和氧化锡的纯度均为99.5%；

步骤二，脉冲激光沉积锡钛酸钡薄膜：将衬底放入脉冲激光沉积系统中，并将脉冲激光沉积系统抽至0.5×10^-3Pa的真空度，然后加热衬底至600℃，然后利用脉冲激光和步骤一得到的锡钛酸钡靶材在衬底上沉积锡钛酸钡薄膜，然后待衬底冷却至80℃后，取出沉积于衬底上的锡钛酸钡薄膜；本实施例中，脉冲激光沉积系统中，是采用氧气作为生长气体，其中，氧气的压强为50 Pa，氧气的纯度为99.99%；

步骤三，制备电极：在步骤二制得的沉积于衬底上的锡钛酸钡薄膜上利用掩膜版并采用热蒸渡法制备电极，即得到透明薄膜变容管。

本实施例制得的透明薄膜变容管，其在FTO玻璃衬底上的锡钛酸钡薄膜经扫描电子显微镜照片图显示结晶性好，表面平整，颗粒均匀。该锡钛酸钡薄膜在可见光范围内（波长为300nm~800nm）的平均光学透过率达85%。另外，该锡钛酸钡薄膜在0.4 KV/cm的电场下的调谐率为62%。其中，本发明的调谐率是根据介电常数计算出来。

实施例2。

本实施例的一种透明薄膜变容管，见图1所示，包括衬底3、沉积于衬底3的锡钛酸钡薄膜2、以及与锡钛酸钡薄膜2连接的电极1。

本实施例中，锡钛酸钡薄膜2中锡钛酸钡的化学式为BaSn_0.15Ti_0.85O₃。

本实施例中，锡钛酸钡薄膜2的厚度为100nm。

本实施例中，衬底3为FTO玻璃衬底。

本实施例中，电极1为圆柱形电极，圆柱形电极的直径为0.05mm。其中，本实施例的圆柱形电极为圆柱形金电极。

本实施例的一种透明薄膜变容管的制备方法，它包括以下步骤：

步骤一，制备锡钛酸钡靶材：将原料碳酸钡、氧化钛和氧化锡充分混合后压制成型，然后置于1250℃下保温10h后，得到烧制的锡钛酸钡靶材；本实施例中，碳酸钡、氧化钛和氧化锡的纯度均为99.0%；

步骤二，脉冲激光沉积锡钛酸钡薄膜：将衬底放入脉冲激光沉积系统中，并将脉冲激光沉积系统抽至0.1×10^-3Pa的真空度，然后加热衬底至500℃，然后利用脉冲激光和步骤一得到的锡钛酸钡靶材在衬底上沉积锡钛酸钡薄膜，然后待衬底冷却至50℃后，取出沉积于衬底上的锡钛酸钡薄膜；本实施例中，脉冲激光沉积系统中，是采用氧气作为生长气体，其中，氧气的压强为5 Pa，氧气的纯度为99.99%；

步骤三，制备电极：在步骤二制得的沉积于衬底上的锡钛酸钡薄膜上利用掩膜版并采用热蒸渡法制备电极，即得到透明薄膜变容管。

本实施例制得的透明薄膜变容管，其在FTO玻璃衬底上的锡钛酸钡薄膜经扫描电子显微镜照片图显示结晶性好，表面平整，颗粒均匀。该锡钛酸钡薄膜在可见光范围内（波长为300nm~800nm）的平均光学透过率达88%。另外，该锡钛酸钡薄膜在0.4 KV/cm的电场下的调谐率为55%。

实施例3。

本实施例的一种透明薄膜变容管，见图1所示，包括衬底3、沉积于衬底3的锡钛酸钡薄膜2、以及与锡钛酸钡薄膜2连接的电极1。

本实施例中，锡钛酸钡薄膜2中锡钛酸钡的化学式为BaSn_0.15Ti_0.85O₃。

本实施例中，锡钛酸钡薄膜2的厚度为600nm。

本实施例中，衬底3为FTO玻璃衬底。

本实施例中，电极1为圆柱形电极，圆柱形电极的直径为0.3mm。其中，本实施例的圆柱形电极为圆柱形金电极。

本实施例的一种透明薄膜变容管的制备方法，它包括以下步骤：

步骤一，制备锡钛酸钡靶材：将原料碳酸钡、氧化钛和氧化锡充分混合后压制成型，然后置于1400℃下保温4h后，得到烧制的锡钛酸钡靶材；本实施例中，碳酸钡、氧化钛和氧化锡的纯度均为99.9%；

步骤二，脉冲激光沉积锡钛酸钡薄膜：将衬底放入脉冲激光沉积系统中，并将脉冲激光沉积系统抽至1.0×10^-3Pa的真空度，然后加热衬底至700℃，然后利用脉冲激光和步骤一得到的锡钛酸钡靶材在衬底上沉积锡钛酸钡薄膜，然后待衬底冷却至100℃后，取出沉积于衬底上的锡钛酸钡薄膜；本实施例中，脉冲激光沉积系统中，是采用氧气作为生长气体，其中，氧气的压强为100 Pa，氧气的纯度为99.99%；

步骤三，制备电极：在步骤二制得的沉积于衬底上的锡钛酸钡薄膜上利用掩膜版并采用热蒸渡法制备电极，即得到透明薄膜变容管。

本实施例制得的透明薄膜变容管，其在FTO玻璃衬底上的锡钛酸钡薄膜经扫描电子显微镜照片图显示结晶性好，表面平整，颗粒均匀。该锡钛酸钡薄膜在可见光范围内（波长为300nm~800nm）的平均光学透过率达78%。另外，该锡钛酸钡薄膜在0.4 KV/cm的电场下的调谐率为50%。

实施例4。

本实施例的一种透明薄膜变容管，见图1所示，包括衬底3、沉积于衬底3的锡钛酸钡薄膜2、以及与锡钛酸钡薄膜2连接的电极1。

本实施例中，锡钛酸钡薄膜2中锡钛酸钡的化学式为BaSn_0.15Ti_0.85O₃。

本实施例中，锡钛酸钡薄膜2的厚度为200nm。

本实施例中，衬底3为FTO玻璃衬底。

本实施例中，电极1为圆柱形电极，圆柱形电极的直径为0.1mm。其中，本实施例的圆柱形电极为圆柱形金电极。

本实施例的一种透明薄膜变容管的制备方法，它包括以下步骤：

步骤一，制备锡钛酸钡靶材：将原料碳酸钡、氧化钛和氧化锡充分混合后压制成型，然后置于1350℃下保温9h后，得到烧制的锡钛酸钡靶材；本实施例中，碳酸钡、氧化钛和氧化锡的纯度均为99.3%；

步骤二，脉冲激光沉积锡钛酸钡薄膜：将衬底放入脉冲激光沉积系统中，并将脉冲激光沉积系统抽至0.3×10^-3Pa的真空度，然后加热衬底至550℃，然后利用脉冲激光和步骤一得到的锡钛酸钡靶材在衬底上沉积锡钛酸钡薄膜，然后待衬底冷却至60℃后，取出沉积于衬底上的锡钛酸钡薄膜；本实施例中，脉冲激光沉积系统中，是采用氧气作为生长气体，其中，氧气的压强为20 Pa，氧气的纯度为99.99%；

步骤三，制备电极：在步骤二制得的沉积于衬底上的锡钛酸钡薄膜上利用掩膜版并采用热蒸渡法制备电极，即得到透明薄膜变容管。

本实施例制得的透明薄膜变容管，其在FTO玻璃衬底上的锡钛酸钡薄膜经扫描电子显微镜照片图显示结晶性好，表面平整，颗粒均匀。该锡钛酸钡薄膜在可见光范围内（波长为300nm~800nm）的平均光学透过率达86%。另外，该锡钛酸钡薄膜在0.4 KV/cm的电场下的调谐率为56%。

实施例5。

本实施例的一种透明薄膜变容管，见图1所示，包括衬底3、沉积于衬底3的锡钛酸钡薄膜2、以及与锡钛酸钡薄膜2连接的电极1。

本实施例中，锡钛酸钡薄膜2中锡钛酸钡的化学式为BaSn_0.15Ti_0.85O₃。

本实施例中，锡钛酸钡薄膜2的厚度为500nm。

本实施例中，衬底3为FTO玻璃衬底。

本实施例中，电极1为圆柱形电极，圆柱形电极的直径为0.25mm。其中，本实施例的圆柱形电极为圆柱形金电极。

本实施例的一种透明薄膜变容管的制备方法，它包括以下步骤：

步骤一，制备锡钛酸钡靶材：将原料碳酸钡、氧化钛和氧化锡充分混合后压制成型，然后置于1380℃下保温8h后，得到烧制的锡钛酸钡靶材；本实施例中，碳酸钡、氧化钛和氧化锡的纯度均为99.7%；

步骤二，脉冲激光沉积锡钛酸钡薄膜：将衬底放入脉冲激光沉积系统中，并将脉冲激光沉积系统抽至0.8×10^-3Pa的真空度，然后加热衬底至650℃，然后利用脉冲激光和步骤一得到的锡钛酸钡靶材在衬底上沉积锡钛酸钡薄膜，然后待衬底冷却至90℃后，取出沉积于衬底上的锡钛酸钡薄膜；本实施例中，脉冲激光沉积系统中，是采用氧气作为生长气体，其中，氧气的压强为80 Pa，氧气的纯度为99.99%；

步骤三，制备电极：在步骤二制得的沉积于衬底上的锡钛酸钡薄膜上利用掩膜版并采用热蒸渡法制备电极，即得到透明薄膜变容管。

本实施例制得的透明薄膜变容管，其在FTO玻璃衬底上的锡钛酸钡薄膜经扫描电子显微镜照片图显示结晶性好，表面平整，颗粒均匀。该锡钛酸钡薄膜在可见光范围内（波长为300nm~800nm）的平均光学透过率达84%。另外，该锡钛酸钡薄膜在0.4 KV/cm的电场下的调谐率为58%。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。