CN111342184A - 一种可调的柔性微波器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种可调的柔性微波器件及其制备方法，包括柔性基底、铌镁酸铅‑钛酸铅PMN‑PT层、钛酸锶钡薄膜层和铜层；铌镁酸铅‑钛酸铅PMN‑PT层、钛酸锶钡BST薄膜层和铜层依次自下而上设置在柔性基底上，形成PMN‑PT/BST/Cu多层薄膜复合结构。本发明提供的一种可调柔性微波器件及其制备方法可以使制备得到的柔性微波器件具有较好的可选择性地隔离不同频带、低损耗以及优良的柔韧性的特性，具有广阔的应用前景。

Description

一种可调的柔性微波器件及其制备方法
技术领域
本发明属于柔性微波器件技术领域，特别涉及一种可调的柔性微波器件及其制备方法。
背景技术
随着现代通信技术的发展，通信设备在军事及民用方面的应用需求日益增长，相应的微波信号处理器件需要具有可选择性地隔离不同频带以降低相互干扰，同时需要在柔性、可穿戴无线通讯设备领域适应更多应用场景。现阶段的可调微波器件通常基于铁磁共振的原理，借用于外部磁场的变化进而影响微波铁氧体块体或薄膜微波特性的变化，这样的设计通常需要电磁铁或永磁铁施加磁场，不便于微波器件的小型好和集成化，也无法应用于柔性电子器件中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调的柔性微波器件及其制备方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可调的柔性微波器件，包括柔性基底、铌镁酸铅-钛酸铅PMN-PT层、钛酸锶钡薄膜层和铜层；铌镁酸铅-钛酸铅PMN-PT层、钛酸锶钡BST薄膜层和铜层依次自下而上设置在柔性基底上，形成PMN-PT/BST/Cu多层薄膜复合结构。
进一步的，柔性基底为PET、PDMS或者Mica柔性材料。
进一步的，一种可调的柔性微波器件的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，取一片柔性基底通过压脚的工艺将其压紧固定于磁控的样品托盘上；
步骤2：将步骤1已经压制好柔性基底的样托盘放置于溅射的腔室中按照所需参数，溅射铌镁酸铅-钛酸铅PMN-PT层；
步骤3：溅射结束之后将切换靶位溅射生长钛酸锶钡薄膜层；
步骤4，将磁控腔室的温度降至室温环境，溅射生长铜薄膜，得到PMN-PT/BST/Cu多层薄膜复合结构；
步骤5，将得到的PMN-PT/BST/Cu多层薄膜复合结构，表面涂覆光刻胶按照设计的模版进行曝光、显影、刻蚀以及去胶的工艺，得到所需要的柔性可调微波器件。
进一步的，将压制好柔性基底的样托盘放置于磁控溅射设备中，用夹具将样品装夹于样品架上，在磁控溅射设备开始运行之后，升温至600℃，通过加电场将氩气电离，用等离子体对靶材进行轰击，在介质衬底上生长5微米的PMN-PT薄膜。
进一步的，钛酸锶钡薄膜层生长厚度为3微米。
进一步的，溅射生长铜薄膜磁控溅射功率为80w，溅射生长厚度为20微米。
进一步的，步骤5具体为：
将PMN-PT/BST/Cu多层薄膜复合结构样片放置于甩胶机上，旋涂2～4微米后的正性光刻胶，接着进行烘烤处理，温度设置80℃，而后将其放置于光刻机上加上掩膜板进行紫外曝光处理；将曝光后的柔性样片放入正性光刻胶显影液中大约1min进行显影处理，等图形完全显示出来后将其从显影液中取出来并用去离子水清洗干净并烘干；将显影后的柔性样品进行水浴加热腐蚀铜膜，将腐蚀之后得到的共面波导取出，用去离子水冲洗干净并烘干；将腐蚀之后的共面波导进行去胶处理，将正性光刻胶去掉，之后用去离子水冲洗干净并烘。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明提供的一种可调柔性微波器件及其制备方法可以使制备得到的柔性微波器件具有较好的可选择性地隔离不同频带、低损耗以及优良的柔韧性的特性，具有广阔的应用前景，如应用于微电子系统选频探测设备，如果制作成滤波器件可以起到良好的滤波作用，此外柔性的基底是具有受力变形且可回复的特性。微波器件在偏置电压的作用下，通过调节偏置电场的大小以及方向可以调控共振的频率，通过改变其受力弯曲的程度以及受力的性质可以调节其带宽的范围，进而实现良好的可调性；钛酸锶钡薄膜具有大的介电常数，通常几百，使得可调谐微波器件的小型化的实现成为可能。
适用于需要一定的柔性且具有频率可调的应用场合，结构简单、体积小、造价低，性能好。
附图说明
图1是本发明所设计制作的可调柔性微波器件未受应力未变形图；
图2是本发明所设计制作的可调柔性微波器件受应力弯曲变形图；
图3a-g为本发明流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图3，一种可调的柔性微波器件，包括柔性基底、铌镁酸铅-钛酸铅PMN-PT层、钛酸锶钡薄膜层和铜层；铌镁酸铅-钛酸铅PMN-PT层、钛酸锶钡BST薄膜层和铜层依次自下而上设置在柔性基底上，形成PMN-PT/BST/Cu多层薄膜复合结构。
柔性基底为PET、PDMS或者Mica柔性材料。
一种可调的柔性微波器件的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，取一片柔性基底通过压脚的工艺将其压紧固定于磁控的样品托盘上；
步骤2：将步骤1已经压制好柔性基底的样托盘放置于溅射的腔室中按照所需参数，溅射铌镁酸铅-钛酸铅PMN-PT层；
步骤3：溅射结束之后将切换靶位溅射生长钛酸锶钡薄膜层；
步骤4，将磁控腔室的温度降至室温环境，溅射生长铜薄膜，得到PMN-PT/BST/Cu多层薄膜复合结构；
步骤5，将得到的PMN-PT/BST/Cu多层薄膜复合结构，表面涂覆光刻胶按照设计的模版进行曝光、显影、刻蚀以及去胶的工艺，得到所需要的柔性可调微波器件。
将压制好柔性基底的样托盘放置于磁控溅射设备中，用夹具将样品装夹于样品架上，在磁控溅射设备开始运行之后，升温至600℃，通过加电场将氩气电离，用等离子体对靶材进行轰击，在介质衬底上生长5微米的PMN-PT薄膜。
钛酸锶钡薄膜层生长厚度为3微米。
溅射生长铜薄膜磁控溅射功率为80w，溅射生长厚度为20微米。
步骤5具体为：
将PMN-PT/BST/Cu多层薄膜复合结构样片放置于甩胶机上，旋涂2～4微米后的正性光刻胶，接着进行烘烤处理，温度设置80℃，而后将其放置于光刻机上加上掩膜板进行紫外曝光处理；将曝光后的柔性样片放入正性光刻胶显影液中大约1min进行显影处理，等图形完全显示出来后将其从显影液中取出来并用去离子水清洗干净并烘干；将显影后的柔性样品进行水浴加热腐蚀铜膜，将腐蚀之后得到的共面波导取出，用去离子水冲洗干净并烘干；将腐蚀之后的共面波导进行去胶处理，将正性光刻胶去掉，之后用去离子水冲洗干净并烘。
实施例：
本发明一种可调柔性微波器件及其制备方法，具体包括：柔性基底Mica及溅射得到的PMN-PT/BST/Cu多层薄膜复合结构。
(1)、柔性可调微波器件的制备
A、如图3(a)所示将Mica柔性材料的表面进行清理，将其放置于磁控溅射设备中，用夹具将样品装夹于样品架上，在磁控溅射设备开始运行之后，升温至600℃，通过加电场将氩气电离，用等离子体对靶材进行轰击，在介质衬底上生长5微米的PMN-PT薄膜；在高温的溅射环境下更换溅射靶位并设置适当的参数进行BST的溅射生长3微米，得到如图3(b)所示的结构。
B、将磁控腔室的温度降至室温环境，设置参数在80W的生长条件下，溅射生长厚度为20微米的铜薄膜，如图3(c)所示。
B、如图3(d)将磁控溅射沉积多层膜结构样片放置于甩胶机上，旋涂2～4微米后的正性光刻胶，接着对进行烘烤处理，温度设置80℃，而后将其放置于光刻机上加上掩膜板进行紫外曝光处理,。
C、将曝光后的柔性样片放入正性光刻胶显影液中大约1min进行显影处理，等图形完全显示出来后将其从显影液中取出来并用去离子水清洗干净并烘干得到的结构如图3(e)所示。
D、将显影后的柔性样品进行水浴加热腐蚀铜模，将腐蚀之后得到的共面波导取出，用去离子水冲洗干净并烘干3(f)。
E、将腐蚀之后的共面波导进行去胶处理，将正性光刻胶去掉，之后用去离子水冲洗干净并烘干。即可得到所需要的柔性可调微波器件3(g)。
(2)、将上述步骤制备得到的在柔性可调微波器件，在轻微外力的作用下，使其产生柔性变形，在PMN-PT上通过加电场进行调控，并通过VNA测量其S11与S21波形图分析其传输的带宽以及插入损耗等特性。
本发明提供的一种可调柔性微波器件及其制备方法及其制备方法。基于柔性Mica可以保证所制备的器件具有良好的柔韧性能并PMN-PT良好的压电特性可以保证调控的稳定性。
图3是本发明制备柔性可调微波器件的流程图，图(a)是PET、PDMS或者Mica柔性材料1上淀积PMN-PT的示意图，图(b)是在沉积过PMN-PT薄膜之后溅射生长BST的示意图，图(c)是将磁控中进行溅射，生长铜薄膜的示意图,图(d)是溅射生长薄膜结束之后取出，在样品表面旋涂正性光刻胶的示意图，图(e)是经过光刻显影之后，经过湿法腐蚀后的示意图，图(f)是腐蚀铜膜并去除光刻胶之后得到的微波器件示意图。

Claims (7)

1.一种可调的柔性微波器件，其特征在于，包括柔性基底、铌镁酸铅-钛酸铅PMN-PT层、钛酸锶钡薄膜层和铜层；铌镁酸铅-钛酸铅PMN-PT层、钛酸锶钡BST薄膜层和铜层依次自下而上设置在柔性基底上，形成PMN-PT/BST/Cu多层薄膜复合结构。
2.根据权利要求1所述的一种可调的柔性微波器件，其特征在于，柔性基底为PET、PDMS或者Mica柔性材料。
3.一种可调的柔性微波器件的制备方法，其特征在于，基于权利要求1至2任意一项所述的一种可调的柔性微波器件，包括以下步骤：
步骤1，取一片柔性基底通过压脚的工艺将其压紧固定于磁控的样品托盘上；
步骤2：将步骤1已经压制好柔性基底的样托盘放置于溅射的腔室中按照所需参数，溅射铌镁酸铅-钛酸铅PMN-PT层；
步骤3：溅射结束之后将切换靶位溅射生长钛酸锶钡薄膜层；
步骤4，将磁控腔室的温度降至室温环境，溅射生长铜薄膜，得到PMN-PT/BST/Cu多层薄膜复合结构；
步骤5，将得到的PMN-PT/BST/Cu多层薄膜复合结构，表面涂覆光刻胶按照设计的模版进行曝光、显影、刻蚀以及去胶的工艺，得到所需要的柔性可调微波器件。
4.根据权利要求3所述的一种可调的柔性微波器件的制备方法，其特征在于，将压制好柔性基底的样托盘放置于磁控溅射设备中，用夹具将样品装夹于样品架上，在磁控溅射设备开始运行之后，升温至600℃，通过加电场将氩气电离，用等离子体对靶材进行轰击，在介质衬底上生长5微米的PMN-PT薄膜。
5.根据权利要求3所述的一种可调的柔性微波器件的制备方法，其特征在于，钛酸锶钡薄膜层生长厚度为3微米。
6.根据权利要求3所述的一种可调的柔性微波器件的制备方法，其特征在于，溅射生长铜薄膜磁控溅射功率为80w，溅射生长厚度为20微米。
7.根据权利要求3所述的一种可调的柔性微波器件的制备方法，其特征在于，步骤5具体为：
将PMN-PT/BST/Cu多层薄膜复合结构样片放置于甩胶机上，旋涂2～4微米后的正性光刻胶，接着进行烘烤处理，温度设置80℃，而后将其放置于光刻机上加上掩膜板进行紫外曝光处理；将曝光后的柔性样片放入正性光刻胶显影液中大约1min进行显影处理，等图形完全显示出来后将其从显影液中取出来并用去离子水清洗干净并烘干；将显影后的柔性样品进行水浴加热腐蚀铜膜，将腐蚀之后得到的共面波导取出，用去离子水冲洗干净并烘干；将腐蚀之后的共面波导进行去胶处理，将正性光刻胶去掉，之后用去离子水冲洗干净并烘。
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