屈 超,方梓烜,张 星,张树人,唐 斌

(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川 成都 611731)

随着5G 技术和移动通信的发展,对谐振器、滤波器等微波器件的需求量越来越大,并且对器件的尺寸要求将会到毫米级[1]。而根据电磁波在介质中的波长(λ)与相对介电常数(εr)的关系:其中λ0为电磁波在真空中的波长,可以看出高的相对介电常数有助于微波器件的小型化。同时,高的品质因数(Q·f)可以减少特定频率下的串扰,近零的谐振频率温度系数(τf)有助于热稳定性[2-3]。

TiO2作为高介电常数的微波材料,由于其结构简单且性能优异,一直受到国内外的广泛研究。TiO2在自然界中存在四种晶型:金红石、锐钛矿、板钛矿和TiO2(B)。TiO2(B)的“B”来源于单词Bronze,其首次报道是在1980 年[4],并于1991 年在自然界被发现[5]。由于TiO2(B)是一种亚稳相,只在少量电化学中有所涉及[6]。板钛矿和锐钛矿在500～715 ℃会不可逆地向金红石结构转变[7]。金红石TiO2为四方晶系,其晶格常数a=b=0.4594(3) nm,c=0.2959(2)nm[8]。TiO2在空气或者低氧分压烧结时,少量的Ti4+会被还原为Ti3+,并严重恶化陶瓷的微波介电性能。Templeton 等[9]尝试在TiO2中掺入摩尔分数0.05%的+1～+5价的离子,发现离子价态为+2 和+3 价,并且离子半径在0.050～0.095 nm 时可以显著提升其Q值。Pullar 等[10]进一步在TiO2中添加了摩尔分数0.05%的+1～+6 价的离子,发现有些+6 价的离子比如Cr6+和Mo6+也会显著地提升其Q值。这些研究主要考虑的是异价掺杂对Ti 还原的影响,然而异价取代本身就会带来额外的缺陷。SnO2与TiO2具有相同的晶体结构,并且完全固溶,已有不少文献对Ti1-xSnxO2材料进行了研究,但在这些研究中缺少对其微波介电性能的报道。……