CN104099565B - 一种氧化镍压控薄膜变容管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化镍压控薄膜变容管的制备方法：采用金属Ni作为靶材，使用磁控溅射的方法，在FTO衬底上沉积得到NiO薄膜，再于300～700℃进行后退火处理，最后于NiO薄膜上面利用掩膜版制备金属电极，制得氧化镍压控薄膜变容管。本发明变容管的调谐率极高，驱动电压低，材料价廉，制备工艺简单、电学性能优良，调谐率≥70％，1MHz，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于电子信息材料与元器件领域，具体涉及一种新型NiO压控薄膜变容管及其制备方法。
背景技术
微波介质陶瓷是近二十多年来迅速发展起来的新型功能陶瓷材料，具有介电常数高、介电损耗低、频率温度系数小等优良性能。介电可调材料具有介电常数随外加电场变化而变化的介电非线性特性，利用这种特性可以制成压控微波器件，如介质谐振器、介质滤波器、移相器、微波介质天线、介质稳频振荡器、介质波导传输线等。这些器件广泛应用于移动通信、卫星通信、广播电视、雷达、卫星定位导航系统等众多领域，能够满足微波电路集成化、微型化、高可靠性和低成本的要求，具有广阔的应用前景。
NiO薄膜具有很好的光学、电学和磁学性能，是一种重要的功能材料。我们首次研究氧化镍的调谐性能，以FTO为衬底，采用磁控溅射法沉积NiO薄膜，所得到的新型NiO可调谐薄膜变容管的调谐率达到70％以上，且驱动电压低，因此，NiO薄膜在微波通信元器件中具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的，是利用磁控溅射沉积技术，首次采用NiO薄膜制备压控薄膜变容管，提供一种制备新型NiO高调谐率的压控薄膜变容管的制备方法。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种氧化镍压控薄膜变容管的制备方法，具有如下步骤：
(1)采用金属Ni作靶材；
(2)将清洁干燥的衬底放入磁控溅射样品台上；
(3)将磁控溅射系统的本底真空抽至P<7.0×10-6Torr，然后加热衬底至300～700℃；
(4)在步骤(3)系统中，使用Ar和O2作为溅射气体，溅射功率为50～300W，在FTO衬底上进行沉积得到NiO薄膜；
(5)步骤(4)结束后，待衬底温度降至200℃以下时，取出制品，在退火炉中进行后退火处理；
(6)步骤(5)结束后，在NiO薄膜上面利用掩膜版制备金属电极。
所述步骤(1)的金属Ni靶材的纯度为99.99％以上。
所述步骤(2)的衬底为FTO衬底，即掺杂氟的SnO2透明导电玻璃衬底。
所述步骤(4)的Ar和O2的纯度均在99.99％以上，磁控溅射系统中的O2与Ar的分压比为1:1～1:2。
所述步骤(4)沉积得到的NiO薄膜的厚度为150～500nm，可通过调节工艺参数或者沉积时间控制薄膜厚度。
6.根据权利要求1所述的一种氧化镍压控薄膜变容管的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)的退火温度为300～700℃，退火时间为5～60min。
所述步骤(6)的电极为圆形电极，直径0.2～0.3mm，电极材料为Au或Pt；电极制备方法为热蒸镀法或者溅射法。
该氧化镍压控薄膜变容管的调谐率≥70％，1MHz。
本发明的NiO压控薄膜变容管相对于现有技术，其调谐率极高，驱动电压低，材料价廉，制备工艺流程简单、电学性能优良，调谐率≥70％，1MHz，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1的制备在FTO衬底上的NiO薄膜的扫描电子显微镜照片；
图2为实施例1的制备在FTO衬底上的NiO薄膜的电容(电场可调)图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
(1)购买金属镍靶材；
(2)将FTO衬底清洗，以N2吹干并放入磁控溅射样品台上；
(3)将磁控溅射系统的本底真空抽至6.0×10-6Torr，然后加热衬底，衬底温度为450℃；
(4)以高纯(99.99％)Ar和O2作为溅射气体，氩气和氧气的流量比为2:1；溅射气压为10mTorr，溅射功率为300W，在FTO衬底上进行沉积得到厚度为300nm的NiO薄膜，可以通过调节工艺参数或者沉积时间控制薄膜的厚度。
(5)待步骤(4)的沉积有NiO薄膜的FTO衬底温度降至200℃以下时，将其置于退火炉中进行后退火处理，后退火温度为500℃，退火时间为10min。
(6)在步骤(5)的退火后的NiO薄膜上面利用掩膜版制备金属电极，并利用溅射的方法镀上直径为0.2mm的Au电极。
图1为实施例1的制备在FTO衬底上的NiO薄膜制品的扫描电子显微镜照片，可见到制得的NiO薄膜表面平整，颗粒均匀。
图2为实施例1的制备在FTO衬底上的NiO薄膜制品的电容(电场可调)图谱，可见到在333kV/cm的电场下调谐率为74％。
实施例2
实施例2的NiO薄膜后退火温度为300℃，退火时间为10min。其它工艺步骤及其工艺参数完全同于实施例1。
经检测，实施例2的NiO薄膜调谐率为62％。
实施例3
实施例3的NiO薄膜后退火温度为700℃，退火时间为10min。其它工艺步骤及其工艺参数完全同于实施例1。
经检测，实施例3的NiO薄膜调谐率为65％。
Claims (7)
1.一种氧化镍压控薄膜变容管的制备方法,具有如下步骤：
(1)采用金属Ni作靶材；
(2)将清洁干燥的FTO衬底放入磁控溅射样品台上；
(3)将磁控溅射系统的本底真空抽至P<7.0×10-6Torr，然后加热FTO衬底至300～700℃；
(4)使用Ar和O2作为溅射气体，O2与Ar的分压比为1:1～1:2，溅射功率为50～300W，在FTO衬底上进行沉积得到NiO薄膜；
(5)步骤(4)结束后，待沉积有NiO薄膜的FTO衬底温度降至200℃以下时，取出制品，在退火炉中进行后退火处理；
(6)步骤(5)结束后，在NiO薄膜上面利用掩膜板制备金属电极。
2.根据权利要求1所述的一种氧化镍压控薄膜变容管的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的金属Ni靶材的纯度为99.99％以上。
3.根据权利要求1所述的一种氧化镍压控薄膜变容管的制备方法，其特征在于，所述FTO衬底为掺杂氟的SnO2透明导电玻璃衬底。
4.根据权利要求1所述的一种氧化镍压控薄膜变容管的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)沉积得到的NiO薄膜的厚度为150～500nm。
5.根据权利要求1所述的一种氧化镍压控薄膜变容管的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)的退火温度为300～700℃，退火时间为5～60min。
6.根据权利要求1所述的一种氧化镍压控薄膜变容管的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)的金属电极为圆形电极，直径0.2～0.3mm，金属电极材料为Au或Pt；金属电极制备方法为热蒸镀法或者溅射法。
7.根据权利要求1所述的一种氧化镍压控薄膜变容管的制备方法，其特征在于，该氧化镍压控薄膜变容管的调谐率≥70％，1MHz。
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