一種透明薄膜變容管及其制備方法與流程
本發明涉及電子信息材料與元器件的技術領域，特別是涉及一種透明薄膜變容管及其制備方法。
背景技術：
電子設備的透明化是未來電子設備領域發展的一個重要的方向，因其不僅在美觀上有重大改進，而且其也具有獨特的光學性能。最近，國際上的電子巨頭，如蘋果、三星、谷歌等均致力于透明電子設備的研發與設計。另外，中國在內的許多大公司也一直在致力于透明顯示器、透明手機及相關透明電子通訊設備的研究。而實現這些電子設備透明化的關鍵步驟是元器件的透明化，其中，薄膜變容管是電子通訊設備必不可少的元器件，因此，實現薄膜變容管的透明化是實現電子通訊設備的透明化的必要環節。因此，制備出透明薄膜變容管是當務之急。
現有技術中，雖然已經制備出一些透明薄膜變容管，例如，鈮酸鎂鉍薄膜壓控變容管、全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變容管、透明鈦酸鍶鋇基薄膜壓控變容管、氧化鎳壓控薄膜變容管等，但是，目前所制備的上述透明薄膜變容管均存在缺陷：（1）鈮酸鎂鉍薄膜壓控變容管和全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變容管，因含有易揮發元素Bi，因此，使得其性質不穩定，進而使得其介電調諧率較小；（2）透明鈦酸鍶鋇基薄膜壓控變容管，由于含有大量的Ti元素，并且由于Ti的化合價不穩定，因此導致其介電損耗較高，進而降低其介電調諧率；（3）氧化鎳壓控薄膜變容管，由于其為半導體變容管，因此，其介電常數較小，使得其介電損耗極大。
另外，現有技術制備透明薄膜變容管多采用磁控濺射的方法，但是，采用磁控濺射的方法不適宜制備多組分化合物薄膜變容管，并且使得所制備的薄膜變容管的結晶性不好，且導致薄膜變容管的組分不夠均勻，薄膜變容管的組分與靶材組分不夠接近。
技術實現要素：
本發明的目的之一在于針對現有技術中的不足之處而提供一種介電調諧率大、介電損耗低且性質穩定的透明薄膜變容管。
本發明的目的之二在于針對現有技術中的不足之處而提供一種透明薄膜變容管的制備方法，該透明薄膜變容管的制備方法使得所制備的薄膜變容管的結晶性好，且薄膜變容管的組分均勻，薄膜變容管的組分與靶材組分更加接近。
為達到上述目的之一，本發明通過以下技術方案來實現。
提供一種透明薄膜變容管，包括襯底、沉積于所述襯底的錫鈦酸鋇薄膜、以及與所述錫鈦酸鋇薄膜連接的電極。
所述錫鈦酸鋇薄膜中錫鈦酸鋇的化學式為BaSn0.15Ti0.85O3。
所述錫鈦酸鋇薄膜的厚度為100nm~600nm。
所述襯底為FTO玻璃襯底。
所述電極為圓柱形電極，所述圓柱形電極的直徑為0.05mm~0.3mm。
所述圓柱形電極為圓柱形金電極。
為達到上述目的之二，本發明通過以下技術方案來實現。
提供一種透明薄膜變容管的制備方法，它包括以下步驟：
步驟一，制備錫鈦酸鋇靶材：將原料碳酸鋇、氧化鈦和氧化錫充分混合后壓制成型，然后置于一定溫度下保溫一定時間后，得到燒制的錫鈦酸鋇靶材；
步驟二，脈沖激光沉積錫鈦酸鋇薄膜：將襯底放入脈沖激光沉積系統中，并將脈沖激光沉積系統抽至一定的真空度，然后加熱襯底至一定溫度，然后利用脈沖激光和步驟一得到的錫鈦酸鋇靶材在襯底上沉積錫鈦酸鋇薄膜，然后待襯底冷卻至一定溫度后，取出沉積于襯底上的錫鈦酸鋇薄膜；
步驟三，制備電極：在步驟二制得的沉積于襯底上的錫鈦酸鋇薄膜上制備電極，即得到透明薄膜變容管。
上述技術方案中，所述步驟一制備錫鈦酸鋇靶材的步驟中，所述保溫溫度為1250℃～1400℃，所述保溫時間為4h~10h；
所述碳酸鋇、所述氧化鈦和所述氧化錫的純度均為99.0%~99.9%。
上述技術方案中，所述步驟二脈沖激光沉積錫鈦酸鋇薄膜的步驟中，所述脈沖激光沉積系統的真空度為0.1×10-3Pa~1.0×10-3Pa，所述襯底加熱至500℃~700℃，所述襯底冷卻至50℃~100℃；
所述脈沖激光沉積系統中，是采用氧氣作為生長氣體，所述氧氣的壓強為5 Pa~100 Pa，所述氧氣的純度為99.99%。
上述技術方案中，所述步驟三制備電極的步驟中，在步驟二制得的沉積于襯底上的錫鈦酸鋇薄膜上利用掩膜版并采用熱蒸渡法制備電極，即得到透明薄膜變容管。
本發明的有益效果：
（1）本發明提供的一種透明薄膜變容管，由于采用錫鈦酸鋇薄膜作為核心部分，該錫鈦酸鋇薄膜不含有揮發性元素，因此使得所制備的透明薄膜變容管的性質穩定；另外，該錫鈦酸鋇（BaSn0.15Ti0.85O3）薄膜中，用于通過Sn元素對Ti元素進行部分取代，使得能夠在一定程度上降低所制得的透明薄膜變容管的介電損耗，并且能夠提高所制得的透明薄膜變容管的介電調諧率。因此，本發明所制得的透明薄膜變容管具有介電調諧率大、介電損耗低且性質穩定的優點，其中，本發明所制得的透明薄膜變容管的介電調諧率≥50%。
（2）本發明提供的一種透明薄膜變容管，是以錫鈦酸鋇薄膜作為核心部分，由于錫鈦酸鋇薄膜具有較寬的帶隙，在可見光區具有極高的透過率，因此，本發明所制得的透明薄膜變容管具有透明性高的優點，其在可見光范圍內（波長為300nm~800nm）的平均光學透過率≥78%。
（3）本發明提供的一種透明薄膜變容管的制備方法，由于采用脈沖激光沉積法制備錫鈦酸鋇薄膜，從而適宜制備多組分化合物薄膜變容管，因此，該透明薄膜變容管的制備方法使得所制備的薄膜變容管的結晶性好，且薄膜變容管的組分均勻，薄膜變容管的組分與靶材組分更加接近。
（4）本發明提供的一種透明薄膜變容管的制備方法，具有制備方法簡單，生產成本低，且能夠適用于大規模生產的特點。
附圖說明
圖1是本發明的一種透明薄膜變容管的結構示意圖。
在圖1中包括有：
電極1；
錫鈦酸鋇薄膜2；
襯底3。
具體實施方式
為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖和實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
實施例1。
本實施例的一種透明薄膜變容管，見圖1所示，包括襯底3、沉積于襯底3的錫鈦酸鋇薄膜2、以及與錫鈦酸鋇薄膜2連接的電極1。
本實施例中，錫鈦酸鋇薄膜2中錫鈦酸鋇的化學式為BaSn0.15Ti0.85O3。
本實施例中，錫鈦酸鋇薄膜2的厚度為350nm。
本實施例中，襯底3為FTO玻璃襯底。
本實施例中，電極1為圓柱形電極，圓柱形電極的直徑為0.2mm。其中，本實施例的圓柱形電極為圓柱形金電極。
本實施例的一種透明薄膜變容管的制備方法，它包括以下步驟：
步驟一，制備錫鈦酸鋇靶材：將原料碳酸鋇、氧化鈦和氧化錫充分混合后壓制成型，然后置于1300℃下保溫7h后，得到燒制的錫鈦酸鋇靶材；本實施例中，碳酸鋇、氧化鈦和氧化錫的純度均為99.5%；
步驟二，脈沖激光沉積錫鈦酸鋇薄膜：將襯底放入脈沖激光沉積系統中，并將脈沖激光沉積系統抽至0.5×10-3Pa的真空度，然后加熱襯底至600℃，然后利用脈沖激光和步驟一得到的錫鈦酸鋇靶材在襯底上沉積錫鈦酸鋇薄膜，然后待襯底冷卻至80℃后，取出沉積于襯底上的錫鈦酸鋇薄膜；本實施例中，脈沖激光沉積系統中，是采用氧氣作為生長氣體，其中，氧氣的壓強為50 Pa，氧氣的純度為99.99%；
步驟三，制備電極：在步驟二制得的沉積于襯底上的錫鈦酸鋇薄膜上利用掩膜版并采用熱蒸渡法制備電極，即得到透明薄膜變容管。
本實施例制得的透明薄膜變容管，其在FTO玻璃襯底上的錫鈦酸鋇薄膜經掃描電子顯微鏡照片圖顯示結晶性好，表面平整，顆粒均勻。該錫鈦酸鋇薄膜在可見光范圍內（波長為300nm~800nm）的平均光學透過率達85%。另外，該錫鈦酸鋇薄膜在0.4 KV/cm的電場下的調諧率為62%。其中，本發明的調諧率是根據介電常數計算出來。
實施例2。
本實施例的一種透明薄膜變容管，見圖1所示，包括襯底3、沉積于襯底3的錫鈦酸鋇薄膜2、以及與錫鈦酸鋇薄膜2連接的電極1。
本實施例中，錫鈦酸鋇薄膜2中錫鈦酸鋇的化學式為BaSn0.15Ti0.85O3。
本實施例中，錫鈦酸鋇薄膜2的厚度為100nm。
本實施例中，襯底3為FTO玻璃襯底。
本實施例中，電極1為圓柱形電極，圓柱形電極的直徑為0.05mm。其中，本實施例的圓柱形電極為圓柱形金電極。
本實施例的一種透明薄膜變容管的制備方法，它包括以下步驟：
步驟一，制備錫鈦酸鋇靶材：將原料碳酸鋇、氧化鈦和氧化錫充分混合后壓制成型，然后置于1250℃下保溫10h后，得到燒制的錫鈦酸鋇靶材；本實施例中，碳酸鋇、氧化鈦和氧化錫的純度均為99.0%；
步驟二，脈沖激光沉積錫鈦酸鋇薄膜：將襯底放入脈沖激光沉積系統中，并將脈沖激光沉積系統抽至0.1×10-3Pa的真空度，然后加熱襯底至500℃，然后利用脈沖激光和步驟一得到的錫鈦酸鋇靶材在襯底上沉積錫鈦酸鋇薄膜，然后待襯底冷卻至50℃后，取出沉積于襯底上的錫鈦酸鋇薄膜；本實施例中，脈沖激光沉積系統中，是采用氧氣作為生長氣體，其中，氧氣的壓強為5 Pa，氧氣的純度為99.99%；
步驟三，制備電極：在步驟二制得的沉積于襯底上的錫鈦酸鋇薄膜上利用掩膜版并采用熱蒸渡法制備電極，即得到透明薄膜變容管。
本實施例制得的透明薄膜變容管，其在FTO玻璃襯底上的錫鈦酸鋇薄膜經掃描電子顯微鏡照片圖顯示結晶性好，表面平整，顆粒均勻。該錫鈦酸鋇薄膜在可見光范圍內（波長為300nm~800nm）的平均光學透過率達88%。另外，該錫鈦酸鋇薄膜在0.4 KV/cm的電場下的調諧率為55%。
實施例3。
本實施例的一種透明薄膜變容管，見圖1所示，包括襯底3、沉積于襯底3的錫鈦酸鋇薄膜2、以及與錫鈦酸鋇薄膜2連接的電極1。
本實施例中，錫鈦酸鋇薄膜2中錫鈦酸鋇的化學式為BaSn0.15Ti0.85O3。
本實施例中，錫鈦酸鋇薄膜2的厚度為600nm。
本實施例中，襯底3為FTO玻璃襯底。
本實施例中，電極1為圓柱形電極，圓柱形電極的直徑為0.3mm。其中，本實施例的圓柱形電極為圓柱形金電極。
本實施例的一種透明薄膜變容管的制備方法，它包括以下步驟：
步驟一，制備錫鈦酸鋇靶材：將原料碳酸鋇、氧化鈦和氧化錫充分混合后壓制成型，然后置于1400℃下保溫4h后，得到燒制的錫鈦酸鋇靶材；本實施例中，碳酸鋇、氧化鈦和氧化錫的純度均為99.9%；
步驟二，脈沖激光沉積錫鈦酸鋇薄膜：將襯底放入脈沖激光沉積系統中，并將脈沖激光沉積系統抽至1.0×10-3Pa的真空度，然后加熱襯底至700℃，然后利用脈沖激光和步驟一得到的錫鈦酸鋇靶材在襯底上沉積錫鈦酸鋇薄膜，然后待襯底冷卻至100℃后，取出沉積于襯底上的錫鈦酸鋇薄膜；本實施例中，脈沖激光沉積系統中，是采用氧氣作為生長氣體，其中，氧氣的壓強為100 Pa，氧氣的純度為99.99%；
步驟三，制備電極：在步驟二制得的沉積于襯底上的錫鈦酸鋇薄膜上利用掩膜版并采用熱蒸渡法制備電極，即得到透明薄膜變容管。
本實施例制得的透明薄膜變容管，其在FTO玻璃襯底上的錫鈦酸鋇薄膜經掃描電子顯微鏡照片圖顯示結晶性好，表面平整，顆粒均勻。該錫鈦酸鋇薄膜在可見光范圍內（波長為300nm~800nm）的平均光學透過率達78%。另外，該錫鈦酸鋇薄膜在0.4 KV/cm的電場下的調諧率為50%。
實施例4。
本實施例的一種透明薄膜變容管，見圖1所示，包括襯底3、沉積于襯底3的錫鈦酸鋇薄膜2、以及與錫鈦酸鋇薄膜2連接的電極1。
本實施例中，錫鈦酸鋇薄膜2中錫鈦酸鋇的化學式為BaSn0.15Ti0.85O3。
本實施例中，錫鈦酸鋇薄膜2的厚度為200nm。
本實施例中，襯底3為FTO玻璃襯底。
本實施例中，電極1為圓柱形電極，圓柱形電極的直徑為0.1mm。其中，本實施例的圓柱形電極為圓柱形金電極。
本實施例的一種透明薄膜變容管的制備方法，它包括以下步驟：
步驟一，制備錫鈦酸鋇靶材：將原料碳酸鋇、氧化鈦和氧化錫充分混合后壓制成型，然后置于1350℃下保溫9h后，得到燒制的錫鈦酸鋇靶材；本實施例中，碳酸鋇、氧化鈦和氧化錫的純度均為99.3%；
步驟二，脈沖激光沉積錫鈦酸鋇薄膜：將襯底放入脈沖激光沉積系統中，并將脈沖激光沉積系統抽至0.3×10-3Pa的真空度，然后加熱襯底至550℃，然后利用脈沖激光和步驟一得到的錫鈦酸鋇靶材在襯底上沉積錫鈦酸鋇薄膜，然后待襯底冷卻至60℃后，取出沉積于襯底上的錫鈦酸鋇薄膜；本實施例中，脈沖激光沉積系統中，是采用氧氣作為生長氣體，其中，氧氣的壓強為20 Pa，氧氣的純度為99.99%；
步驟三，制備電極：在步驟二制得的沉積于襯底上的錫鈦酸鋇薄膜上利用掩膜版并采用熱蒸渡法制備電極，即得到透明薄膜變容管。
本實施例制得的透明薄膜變容管，其在FTO玻璃襯底上的錫鈦酸鋇薄膜經掃描電子顯微鏡照片圖顯示結晶性好，表面平整，顆粒均勻。該錫鈦酸鋇薄膜在可見光范圍內（波長為300nm~800nm）的平均光學透過率達86%。另外，該錫鈦酸鋇薄膜在0.4 KV/cm的電場下的調諧率為56%。
實施例5。
本實施例的一種透明薄膜變容管，見圖1所示，包括襯底3、沉積于襯底3的錫鈦酸鋇薄膜2、以及與錫鈦酸鋇薄膜2連接的電極1。
本實施例中，錫鈦酸鋇薄膜2中錫鈦酸鋇的化學式為BaSn0.15Ti0.85O3。
本實施例中，錫鈦酸鋇薄膜2的厚度為500nm。
本實施例中，襯底3為FTO玻璃襯底。
本實施例中，電極1為圓柱形電極，圓柱形電極的直徑為0.25mm。其中，本實施例的圓柱形電極為圓柱形金電極。
本實施例的一種透明薄膜變容管的制備方法，它包括以下步驟：
步驟一，制備錫鈦酸鋇靶材：將原料碳酸鋇、氧化鈦和氧化錫充分混合后壓制成型，然后置于1380℃下保溫8h后，得到燒制的錫鈦酸鋇靶材；本實施例中，碳酸鋇、氧化鈦和氧化錫的純度均為99.7%；
步驟二，脈沖激光沉積錫鈦酸鋇薄膜：將襯底放入脈沖激光沉積系統中，并將脈沖激光沉積系統抽至0.8×10-3Pa的真空度，然后加熱襯底至650℃，然后利用脈沖激光和步驟一得到的錫鈦酸鋇靶材在襯底上沉積錫鈦酸鋇薄膜，然后待襯底冷卻至90℃后，取出沉積于襯底上的錫鈦酸鋇薄膜；本實施例中，脈沖激光沉積系統中，是采用氧氣作為生長氣體，其中，氧氣的壓強為80 Pa，氧氣的純度為99.99%；
步驟三，制備電極：在步驟二制得的沉積于襯底上的錫鈦酸鋇薄膜上利用掩膜版并采用熱蒸渡法制備電極，即得到透明薄膜變容管。
本實施例制得的透明薄膜變容管，其在FTO玻璃襯底上的錫鈦酸鋇薄膜經掃描電子顯微鏡照片圖顯示結晶性好，表面平整，顆粒均勻。該錫鈦酸鋇薄膜在可見光范圍內（波長為300nm~800nm）的平均光學透過率達84%。另外，該錫鈦酸鋇薄膜在0.4 KV/cm的電場下的調諧率為58%。
最后應當說明的是，以上實施例僅用于說明本發明的技術方案而非對本發明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發明作了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和范圍。
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