【摘 要】
：
在微波通信技术飞速进步的大背景下,器件小型化、多功能化和高集成度的趋势推动了新型材料的发展,同时也加速了低温共烧陶瓷（LTCC）技术的发展。LTCC材料烧结温度通常低于960℃,材料具有与应用场景相匹配的介电常数、较高的品质因数和近零的频率温度系数。探索低温烧结条件下具有优良性能的电介质材料成为一项迫切的课题。本论文的研究主要围绕以下两大方向展开:（1）探索中等介电常数（20≤εr≤80）的低温共
论文部分内容阅读
在微波通信技术飞速进步的大背景下,器件小型化、多功能化和高集成度的趋势推动了新型材料的发展,同时也加速了低温共烧陶瓷（LTCC）技术的发展。LTCC材料烧结温度通常低于960℃,材料具有与应用场景相匹配的介电常数、较高的品质因数和近零的频率温度系数。探索低温烧结条件下具有优良性能的电介质材料成为一项迫切的课题。本论文的研究主要围绕以下两大方向展开:（1）探索中等介电常数（20≤εr≤80）的低温共烧陶瓷;（2）探索频率温度系数（τf）近零的低温共烧陶瓷。本文以Ba5Nb4O15陶瓷为研究对象,通过掺杂、复合等手段,成功的降低了该陶瓷体系的成瓷温度（≤950℃）。在陶瓷-玻璃体系的基础上,实现该体系频率温度系数近零的调节,并获得满足微波集成电路需求的性能（εr～40,Q×f≥8000GHz,τf～±5ppm/℃）。具体研究内容如下:1.采用固相烧结合成法制备了Ba5Nb4O15陶瓷。通过XRD分析在不同预烧温度保温4小时的Ba5Nb4O15粉体,800℃～1100℃下均没有第二相产生,随后与Ba5Nb4O15标准峰对照及对峰强的对比,确定了Ba5Nb4O15陶瓷的最佳预烧温度为900℃。随后在1340℃～1400℃下烧结,综合形貌和性能分析,在1380℃下保温3小时的Ba5Nb4O15陶瓷获得最佳微波介电性能:εr=40.2、Q×f=29418GHz、τf=79.8ppm/℃。2.为降低Ba5Nb4O15陶瓷的烧结温度,本文拟采用多种自制的玻璃Li2O-B2O3-SiO2-Al2O3-Ca O（G1）、Mg O-Al2O3-B2O3-SiO2-TiO2（G2）、BaO-ZnO-B2O3（G3）、CaO-B2O3-SiO2（G4）、B2O3-SiO2（BS）作为烧结助剂。其原理是低熔点玻璃在温度升高时形成塑性流体占据晶粒空隙,使陶瓷形成致密结构,提升其介电性能。结果表明,添加G1～G4玻璃可以将Ba5Nb4O15陶瓷的烧结温度降低至950℃左右,但由于这些玻璃介电损耗较高,使得Ba5Nb4O15陶瓷的品质因数大幅度降低,这限制了这些体系进一步的应用。在BS玻璃的帮助下,Ba5Nb4O15陶瓷的烧结温度从1380℃降低至925℃。陶瓷结构致密并且没有第二相生成。掺杂0.6wt.%BS的Ba5Nb4O15陶瓷在925℃下保温4小时可获得优异的性能:εr=41.2、Q×f=22238GHz、τf=53.1ppm/℃。3.本章在上一章得到的低温烧结陶瓷体系Ba5Nb4O15-0.6wt.%BS的基础上,尝试用化合物-玻璃复合掺杂以改善体系的性能。掺杂的化合物有:WO3、CaCO3、B2O3、CuO。结果表明掺杂B2O3会提升性能,在950℃烧结3小时获得的品质因数为29756GHz。CaCO3会在高温下分解产生二氧化碳,在内部形成不均匀的空腔,使之无法形成致密结构。CuO中的Cu2+在烧结过程中进入晶格,陶瓷中的缺陷增多,在925℃得到最佳性能:εr=38.6、Q×f=25734GHz。WO3使陶瓷的晶粒异常生长,恶化了微波性能,品质因数不断降低并且陶瓷并未成瓷。4.本章通过添加具有负τf的LiNb3O8以调节陶瓷体系Ba5Nb4O15-0.6wt.%BS的频率温度系数。通过实验发现,LiNb3O8可以有效调节该体系的频率温度系数,并且其结果符合对数法则。但是LiNb3O8会引入杂相LiBa4Nb3O12,恶化陶瓷的品质因数。过多的添加量会导致陶瓷无法成瓷,致密性差。当添加40%的LiNb3O8时,0.6 Ba5Nb4O15+0.4 LiNb3O8+0.6 wt.%BS陶瓷体系在950℃下烧结3小时可获得期望的介电性能:εr=35.4、Q×f=8637GHz、τf=4.3ppm/℃。
其他文献
太赫兹（Terahertz,THz）科学技术作为衔接经典电磁理论与光学理论的桥梁,跟微波比,具有更高的频率,更短的波长,因此带宽更宽。跟光比,具有更低的光子能量,因此不会破坏物质。太赫兹科学与技术作为有远大应用前景的前沿研究科目,可应用在卫星通信、高分辨率医学成像、电子对抗,雷达等多个领域和方面,具有广泛的应用价值。太赫兹辐射源是发展太赫兹科学的关键。而目前来看,当下的太赫兹辐射源面临输出功率小,
随着集成电路的特征尺寸的降低,更高的集成密度带来了更高的功率密度,由于芯片散热的限制,多核众核微处理器终于进入了暗硅的时代。暗硅时代有两个突出的问题,一个是如何在安全阈值温度下实现性能的最大化,还有一个是如何优化多核芯片的能效比。多核芯片的能效比优化问题的难点在于,随着集成电路特征尺寸的下降,静态功率的比重在总功率中的比重逐渐增加,因此以往忽略静态功率或者以常数去考虑静态功率的做法便行不通了。而且
随着电力电子技术的发展,人们要求不断提高电能的转换效率。绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）作为半导体功率器件的关键元件,击穿电压BV、导通压降Von、关断损耗Eoff、d V/dt可控性、开启损耗Eon、短路耐受时间tsc等关键电学性能参数之间在器件设计时往往需要折中考虑。为了可以优化导通压降和关断损耗之间的矛盾关系,器件往往需要更加
太赫兹通信技术作为实现未来空间高速传输的关键技术,具有高频率、窄波束、抗干扰性强等优点。太赫兹通信技术将广泛应用于军事国防和民用通信领域。如何实现高速率远距离的太赫兹通信系统成为国内外研究的热点问题。太赫兹调制器作为太赫兹直接调制无线通信系统的核心组成器件之一,现阶段面临结构复杂、调制速率低等问题。本文将鳍线与人工微结构加载肖特基二极管结合的方式设计太赫兹调制器,并对设计的调制器在太赫兹通信系统中
回旋行波管是一种重要的高功率毫米波源,在雷达、通信系统和工农业生产等各领域中应用前景广阔。在传统微波和毫米波低端频段,TE01模回旋行波管的研究和应用较为普遍。但随着工作频率的不断提高,传统的TE01模回旋行波管难以满足高功率输出的需求。在这一背景下,以高阶模式作为工作模式的回旋行波管设计方案被相继提出,例如,以圆波导TE02模为工作模式的二次谐波回旋行波管放大器方案。与圆波导TE01模的回旋行波
第五代通信系统5G（5th-Generation）具有高速度、低时延、高可靠和大容量的特点,未来将广泛应用于各行各业中,推进军事、通信、交通、医疗和教育等行业往更加智能化的方向发展。与之相对应的,5G的发展对射频前端也提出了挑战。作为射频前端的主要部分之一,功率放大器,同时也是射频前端主要耗能的模块。对毫米波功率放大器的效率优化设计对节约能源有很实际的经济意义。另外,在工艺方面,硅基毫米波功率放大
太赫兹波因其独特的频谱特性而具有广阔的应用前景,在安全检测、医疗诊断、国防安全以及大容量通信等领域都展现出了很强的潜力。在太赫兹波技术的相关应用中,太赫兹探测器是太赫兹应用实现的关键一环。近年来,太赫兹场效应管探测器（Tera FET detector,又称等离子体波探测器）由于能够在室温下工作、小型化的优势得到了科研人员的重点关注。其中,硅基CMOS场效应管作为太赫兹场效应管探测器中的一种,凭借
在真空电子器件领域,行波管经过几十年的发展,已经被广泛的应用到国防科技、卫星通信等各个领域。其大功率、高效率、可靠性高等特点成为了其与固态器件竞争的重要优势。随着快速发展的第五代移动通信系统的逐渐普及,同时各领域在低频范围内的频谱资源分配愈发紧张,将毫米波技术应用到现代通信系统中可谓大势所趋,也为行波管这一具有悠久发展历史的器件注入了新的生命力。但是,从行波管注波互作用理论出发不难发现,此类器件是
石墨烯是sp~2杂化的碳原子按蜂巢状紧密排列形成的二维材料。石墨烯具有优异的电学、光电、力学等性能,可广泛应用于微电子、光电子器件、航空等领域。石墨烯薄膜常用的制备方法是化学气相沉积法（CVD）。铜基底是CVD制备石墨烯最常用的基底,它不仅拥有较好的表面催化能力,还有非常低的碳溶解度。现有的商用铜基底中,铁这种杂质元素是很难去避免的。因此,搞清铜基底上铁杂质元素对石墨烯生长的影响规律和机制进而提出
近几十年,晶体管的特征尺寸一直按照摩尔定律逐渐缩小,来到纳米尺度后,越来越严重的短沟道效应极大阻碍了器件性能的进一步提升。在此背景下,FinFET和GAAFET相继被提出,由于其在晶体管结构和形态上的创新使得相比传统平面MOS,它们拥有更卓越的性能优势。但FinFET和GAAFET并非完美器件,它们的沟道通常采用轻掺杂甚至不掺杂的本征硅来降低散射,通过三栅或者四栅结构来加强栅极对沟道的控制作用,因