Исследование частотных зависимостей диэлектрической проницаемости тонких аморфных пленок BaxSr1-xTiO3 для фазированных антенных решеток
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2026-3-11-18Ключевые слова:
сегнетоэлектрический фазовращатель, планарный конденсатор, тонкая пленка, аморфная структура пленки, титанат бария-стронция, сегнетоэлектрическая фаза, диэлектрическая проницаемость, резонансная частотаАннотация
Цель работы — исследование частотных зависимостей диэлектрической проницаемости тонких аморфных пленок титаната бария-стронция (BST, BaxSr1-xTiO3) для применения их в качестве нелинейного элемента в сегнетоэлектрических (СЭ) фазовращателях для фазированных антенных решеток (ФАР). Пленки BST наносили на подложки из ситалла методом высокочастотного ионно-плазменного напыления в течение разного времени без принудительного нагрева подложки при прочих равных условиях. Толщина пленок — от 57 до 320 нм. Для проведения измерений диэлектрической проницаемости в зависимости от частоты приложенного внешнего электрического поля на поверхности пленки были сформированы планарные электроды из меди и алюминия. Исследованы диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь образцов и подложки плоскопараллельным методом для выявления влияния планарных электродов на их предельную рабочую частоту. Сделаны выводы, что предельная рабочая частота для образцов с планарными электродами составляет порядка 100 МГц, а при плоскопараллельном методе исследования — 1,5 ГГц. Значение наименьшей резонансной частоты подложки соответствует предельной частоте исследуемых образцов при измерении плоскопараллельным методом. Это доказывает, что тонкие аморфные пленки BST не обладают резонансными явлениями, которые могут быть связаны с релаксационными видами поляризации на частоте до 1,5 ГГц, а для исследований на более высоких частотах необходимо выбирать подложки с соответствующими частотными диэлектрическими характеристиками. Также следует усовершенствовать геометрию и технологию нанесения планарных электродов для уменьшения влияния их индуктивности. Есть основание утверждать, что у аморфных пленок BST имеются большие перспективы их применения в СЭ фазовращателях для ФАР.
Библиографические ссылки
1. Юрцев О.А. Антенны бегущей волны, антенные решетки, антенны коротких, средних и длинных волн. Ч. 3. Минск: БГУИР, 2001.
2. Воротилов К.А. и др. Через столетие после открытия: сегнетоэлектрики как основа нового поколения отечественных систем обработки и передачи информации // Advanced Sci. 2020. № 4(19). С. 42—56.
3. Вендик О., Парнес М. Фазовращатели сканирующих антенн для радаров обзора территорий // Беспроводные технологии. 2007. № 3(8). С. 28—30.
4. Майстренко А., Кочемасов В. СВЧ-фазовращатели на основе сегнетоэлектриков // СВЧ-электроника. 2017. № 1. С. 42—47.
5. Воротилов К.А., Мухортов В.М., Сигов А.С. Интегрированные сегнетоэлектрические устройства. М.: Энергоатомиздат, 2011.
6. Basceri C. e. a. The Dielectric Response as a Function of Temperature and Film Thickness of Fiber-textured (Ba,Sr)TiO3 Thin Films Grown by Chemical Vapor Deposition // J. Appl. Phys. 1997. V. 82(5). Pp. 2497—2504.
7. Фирсенков А.И. и др. Сегнетоэлектрические плёнки с температурностабильными характеристиками для устройств СВЧ // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. 2020. № 1—2. С. 259—260.
8. Аврутин А. и др. Тонкопленочные вариконды — новые управляемые конденсаторы // Компоненты и технологии. 2013. № 10(147). С. 12—15.
9. Zhang X. e. a. Dielectric Property and Tunability of Multilayer BST-BTO Thin Film in the Terahertz Range // Optics & Laser Technol. 2022. V. 155. P. 108366.
10. Gatea H.A., Naji I.S. The Effect of Ba/Sr Ratio on the Curie Temperature for Ferroelectric Barium Strontium Titanate Ceramics // J. Advanced Dielectrics. 2020. V. 10(5). P. 2050021.
11. Тумаркин А.В. и др. Сегнетоэлектрические пленки титаната бария-стронция на подложке полуизолирующего карбида кремния // Письма в журнал технической физики. 2016. Т. 42. № 8. С. 70—77.
12. Тумаркин А.В. и др. Конденсаторные структуры на основе пленок титаната стронция // Физика твердого тела. 2012. Т. 54. № 5. С. 911—914.
13. Козырев А. и др. Волноводно-щелевой 60 GHz фазовращатель на основе (Ba,Sr)TiO3 сегнетоэлектрической пленки // Письма в журнал технической физики. 2002. Т. 28. № 6. С. 51—56.
14. Мыльников И.Л. и др. Измерения температурных зависимостей ёмкости конденсаторных структур на основе BTO и BST в режиме «охлаждение — нагрев» // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2022. Т. 1. С. 324—329.
15. Пат. № 2700901 РФ. Способ получения сегнетоэлектрических пленок Bа1-хSrхTiO3 /Тумаркин А.В., Одинец А.А., Сапего Е.Н. // Бюл. изобрет. 2019. № 27.
16. Тумаркин А.В. и др. Структурные свойства пленочного титаната бария-стронция в зависимости от технологических условий роста пленок // Физика твердого тела. 2015. Т. 57. № 3. С. 540—544.
17. Серебрянников С.В., Носова Ю.М. Диэлектрические характеристики сегнетоэлектрического фазовращателя с тонкой аморфной пленкой // Электричество. 2026. № 1. С. 23—29.
18. Маслова Л.А. и др. Исследование структуры и диэлектрических характеристик нанопленок титаната бария-стронция, полученных высокочастотным распылением // Вакуумная техника и технология. 2010. Т. 20. № 2. С. 101—104.
19. Старостенко В.В. и др. Динамика формирования поверхности проводящих пленок алюминия на аморфных подложках // Прикладная физика. 2019. № 4. С. 60—65.
20. Мухортов В.М., Сысоев В.К., Масычев С.И. Перспективы использования наноразмерных сегнетоэлектрических гетероструктур в космическом приборостроении // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2023. Т. 10. № 3. С. 92—102.
21. Мухортов В.М. и др. Наноразмерные сегнетоэлектрические пленки — новая активная среда для микроэлектроники // Наука юга России. 2022. Т. 18. № 4. С. 33—43.
22. Дедык А.И. и др. Структурные и диэлектрические свойства керамических и тонкопленочных мультиферроиков на основе Ba0,5Sr0,5TiO3 // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2020. Т. 1. С. 41—46.
23. Вендик О.Г., Никольский М.А., Гашинова М.С. Потери на СВЧ в электродах распределенных и сосредоточенных элементов на основе сегнетоэлектриков // Письма в журнал технической физики. 2003. Т. 29. № 4. С. 5—13.
24. Иванова Н.Ю., Комарова И.Э., Бондаренко И.Б. Электрорадиоэлементы. Ч. 2.Электрические конденсаторы. СПб.: Ун-т ИТМО, 2015.
---
Для цитирования: Серебрянников С.В., Холодный Д.С., Носова Ю.М., Басарев Ю.С. Исследование частотных зависимостей диэлектрической проницаемости тонких аморфных пленок BaxSr1–xTiO3 для фазированных антенных решеток // Вестник МЭИ. 2026. № 3. С. 11—18. DOI: 10.24160/1993-6982-2026-3-11-18
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Yurtsev O.A. Antenny Begushchey Volny, Antennye Reshetki, Antenny Korotkih, Srednih i Dlinnyh Voln. Ch. 3. Minsk: BGUIR, 2001. (in Russian).
2. Vorotilov K.A. i dr. Cherez Stoletie Posle Otkrytiya: Segnetoelektriki kak Osnova Novogo Pokoleniya Otechestvennyh Sistem Obrabotki i Peredachi Informatsii. Advanced Sci. 2020;4(19):42—56. (in Russian).
3. Vendik O., Parnes M. Fazovrashchateli Skaniruyushchih Antenn dlya Radarov Obzora Territoriy. Besprovodnye Tekhnologii. 2007;3(8):28—30. (in Russian).
4. Maystrenko A., Kochemasov V. SVCh-fazovrashchateli na Osnove Segnetoelektrikov. SVCh-elektronika. 2017;1:42—47. (in Russian).
5. Vorotilov K.A., Muhortov V.M., Sigov A.S. Integrirovannye Segnetoelektricheskie Ustroystva. M.: Energoatomizdat, 2011. (in Russian).
6. Basceri C. e. a. The Dielectric Response as a Function of Temperature and Film Thickness of Fiber-textured (Ba,Sr)TiO3 Thin Films Grown by Chemical Vapor Deposition. J. Appl. Phys. 1997;82(5):2497—2504.
7. Firsenkov A.I. i dr. Segnetoelektricheskie Plenki s Temperaturnostabil'nymi Harakteristikami dlya Ustroystv SVCh. SVCh-tekhnika i Telekommunikatsionnye Tekhnologii. 2020;1—2:259—260. (in Russian).
8. Avrutin A. i dr. Tonkoplenochnye Varikondy — Novye Upravlyaemye Kondensatory. Komponenty i Tekhnologii. 2013;10(147):12—15. (in Russian).
9. Zhang X. e. a. Dielectric Property and Tunability of Multilayer BST-BTO Thin Film in the Terahertz Range. Optics & Laser Technol. 2022;155:108366.
10. Gatea H.A., Naji I.S. The Effect of Ba/Sr Ratio on the Curie Temperature for Ferroelectric Barium Strontium Titanate Ceramics. J. Advanced Dielectrics. 2020;10(5):2050021.
11. Tumarkin A.V. i dr. Segnetoelektricheskie Plenki Titanata Bariya-Strontsiya na Podlozhke Poluizoliruyushchego Karbida Kremniya. Pis'ma v Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki. 2016;42(8):70—77. (in Russian).
12. Tumarkin A.V. i dr. Kondensatornye Struktury na Osnove Plenok Titanata Strontsiya. Fizika Tverdogo Tela. 2012;54(5):911—914. (in Russian).
13. Kozyrev A. i dr. Volnovodno-shchelevoy 60 GHz Fazovrashchatel' na Osnove (Ba,Sr)TiO3 Segnetoelektricheskoy Plenki. Pis'ma v Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki. 2002;28(6):51—56. (in Russian).
14. Myl'nikov I.L. i dr. Izmereniya Temperaturnyh Zavisimostey Emkosti Kondensatornyh Struktur na Osnove BTO i BST v Rezhime «Ohlazhdenie — Nagrev». Elektronika i Mikroelektronika SVCh. 2022;1:324—329. (in Russian).
15. Pat. № 2700901 RF. Sposob Polucheniya Segnetoelektricheskih Plenok Bа1-хSrхTiO3. Tumarkin A.V., Odinets A.A., Sapego E.N. Byul. Izobret. 2019;27. (in Russian).
16. Tumarkin A.V. i dr. Strukturnye Svoystva Plenochnogo Titanata Bariya-Strontsiya v Zavisimosti ot Tekhnologicheskih Usloviy Rosta Plenok. Fizika Tverdogo Tela. 2015;57(3):540—544. (in Russian).
17. Serebryannikov S.V., Nosova Yu.M. Dielektricheskie Harakteristiki Segnetoelektricheskogo Fazovrashchatelya s Tonkoy Amorfnoy Plenkoy. Elektrichestvo. 2026;1:23—29. (in Russian).
18. Maslova L.A. i dr. Issledovanie Struktury i Dielektricheskih Harakteristik Nanoplenok Titanata Bariya-Strontsiya, Poluchennyh Vysokochastotnym Raspyleniem. Vakuumnaya Tekhnika i Tekhnologiya. 2010;20(2):101—104. (in Russian).
19. Starostenko V.V. i dr. Dinamika Formirovaniya Poverhnosti Provodyashchih Plenok Alyuminiya na Amorfnyh Podlozhkah. Prikladnaya Fizika. 2019;4:60—65. (in Russian).
20. Muhortov V.M., Sysoev V.K., Masychev S.I. Perspektivy Ispol'zovaniya Nanorazmernyh Segnetoelektricheskih Geterostruktur v Kosmicheskom Priborostroenii. Raketno-Kosmicheskoe Priborostroenie i Informatsionnye Sistemy. 2023;10(3):92—102. (in Russian).
21. Muhortov V.M. i dr. Nanorazmernye Segnetoelektricheskie Plenki — Novaya Aktivnaya Sreda dlya Mikroelektroniki. Nauka Yuga Rossii. 2022;18(4):33—43. (in Russian).
22. Dedyk A.I. i dr. Strukturnye i Dielektricheskie Svoystva Keramicheskih i Tonkoplenochnyh Mul'tiferroikov na Osnove Ba0,5Sr0,5TiO3. Elektronika i Mikroelektronika SVCh. 2020;1:41—46. (in Russian).
23. Vendik O.G., Nikol'skiy M.A., Gashinova M.S. Poteri na SVCh v Elektrodah Raspredelennyh i Sosredotochennyh Elementov na Osnove Segnetoelektrikov. Pis'ma v Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki. 2003;29(4):5—13. (in Russian).
24. Ivanova N.Yu ., Komarova I.E., Bondarenko I.B. Elektroradioelementy. Ch. 2.Elektricheskie Kondensatory. SPb.: Un-t ITMO, 2015. (in Russian)
---
For citation: Serebryannikov S.V., Kholodny D.S., Nosova Yu.M., Basarev Yu.S. A Study of the Dielectric Constant Frequency Dependencies of Thin Amorphous BaxSr1–xTiO3 Films for Phased Array Antennas. Bulletin of MPEI. 2026;3:11—18. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2026-3-11-18
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
