高介电常数BST微波参数谐振腔法测量.pdf

华中科技大学
硕士学位论文
高介电常数BST微波参数谐振腔法测量
姓名:龚淑亮
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:胡作启
20090525
华中科技大学硕士学位论文
摘要
由于 BST(BaxSr1-xTiO 3)介电常数较高(通常在 100 以上),传统测量块材的方法
误差很大,而 BST薄膜的传统测量方法—共面波导法测量步骤很复杂且花费昂贵,
不适合日常测试。因此本文选用相对简便的谐振腔法对 BST块材和薄膜的复介电常
数进行测量。
提出了谐振腔法测量 BST块材的改进方法,针对谐振腔法测量高介电常数时由
于微扰条件无法满足而产生较大误差的问题,提出用软件仿真的方法来修正这些误
差,用仿真的结果改进介电常数计算公式。当样品介电常数在 150 以内时,介电常
数改进公式计算精度最大提高 40%。损耗角改进公式计算精度最大提高 100%。
采用了谐振腔测量 BST 薄膜复介电常数的方法,从微扰理论出发推导出了 BST
薄膜介电常数和损耗角的计算公式,分析得出公式推导过程中的近似条件产生的误
差小于 %。用该方法测量了磁控溅射法制备的 3 个 BST薄膜样品,结果显示 BST
薄膜介电常数在 500 左右,损耗角在 10-2 数量级,分析得出测量总误差为 %。总
结出影响测量结果的主要因素是样品的尺寸和形状。
用共面波导法测量了其中一个薄膜样品,测量结果显示 BST 薄膜介电常数为
,损耗角为 。对影响共面波导法测量精度的因素进行了分析,得出总
误差为 10%左右。通过比较共面波导法与谐振腔法测量的结果发现,两种方法结果
比较接近,证明了谐振腔法的可行性。

关键词:高介电常数谐振腔微扰法薄膜微波测量






I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
Due to the high permittivity of BST(BaxSr1-xTiO 3), conventional methods for its
microwave dielectric properties measurement lack accuracy. The method for microwave
dielectric properties measurement of BST thin film — coplanar waveguide (CPW) method
plex and expensive, not suitable for the daily measurement. So we choose cavity
perturbation technique to measure the microwave dielectric properties of BST and BST
thin films.
We amend the cavity perturbation method for microwave dielectric properties
measurement of BST. Due to the high error caused by large perturbation when we
measure the dielectric properties of BST with the cavity perturbation method, we use
software simulation method to amend these errors and amend the formula with the
simulation results. When the permittivity of the specimen is under 150, the modified
formula shows an accuracy of 40% improvement in dielectric constant and 100%
improvement in loss pared with the conventional formula.
Formulas for calculating dielectric constant and loss tangent of BST thin film with
cavity perturbation method are derivated and the error caused by the approximation mad