REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Silenitni materiali Bi12MO20 (M = Si, Ge, Ti, Pb, Mn, B1/2P1/2) so postali zanimivi za elektronsko industrijo zaradi svojih uporabnih dielektričnih lastnosti (5.5 GHz: ε = 37.4 - 41, τf = -19 – (-84) ppm/K, Q x f = 800 - 8100 and Tsin = 680 - 850°C). Izmed njih Bi12SiO20 (BSO) izkazuje najprimernejše dielektrične lastnosti (5.5 GHz: ε = 37.6, τf = -20 ppm/K, Q x f = 8100 and Tsin = 850°C).
Prizadevanja k izboljševanju lastnosti elektronskih naprav so me vodile k pripravi BSO tankih plasti. Tako doktorska disertacija opisuje študij sintezne kemije ter karakterizacijo tankih plasti BSO pripravljenih s sol-gel metodo.
Pri pripravi solov sem uporabila Bi(NO3)3∙5H2O in Si(OC2H5)4 kot prekurzor, 2-etoksietanol ali ocetno kislino kot topilo, etanolamin kot stabilizator ter manjšo količino formamida za nadzorovano sušenje tanke plasti.
Tanke plasti so bile nanešene na različne podlage (Pt/TiO2/SiO2/Si, safir, spinel in Si) s tehniko vrtenja. Nanešene BSO tanke plasti so bile nato pirolizirane pri 250 ° C ter termično obdelane pri 700 ° C,1 h.
Kemične interakcije, ki so nastale pri sintezi solov in v tanki plasti, sem proučevala s pomočjo Fourier-jeve transformirane infrardeče (FT-IR) spektroskopije. Pomemben parameter pri sintezi tankih plasti pridobljene s sol-gel metodo je točka gelacije sol-ov, ki je bila določena iz spremembe viskoznosti sol-ov z uporabo Physica MCR reometera. Za pridobitev gostih BSO tankih plasti je prav tako pomembna določitev temperature pirolize le-teh. Termična analiza (TG / DTA / DSC / EGA) je bila opravljena tako na sol-ih kot tudi na nanešenih tankih plasteh. Fazno sestavo tanke plasti sem zasledovala s pomočjo rentgenske difrakcije (XRD) in presevne elektronske mikroskopije (TEM). Morfologija in debelino tanke plasti sem raziskovala z vrstičnim elektronskim mikroskopom (FE-SEM) in mikroskopom na atomsko silo (AFM).
Kakovost tanke BSO plasti je kritično odvisna od molarnega razmerja Rh. Ugotovila sem, da so soli z molskim razmerjem Rh 60 nestabilni pod koncentracijo 0,76 M. Poleg tega se je izkazalo, da so hitrosti hidroliznih in kondenzacijskih reakcij v teh solih previsoke za pridobitev gostih tankih BSO plasti. Nasprotno pa je zmanjšanje količine vode v solih (sol Rh 5), ki sem ga dosegla z vakuumskim sušenjem Bi (NO3)3 ∙ 5H2O, vodilo do nadzorovane hitrosti hidroliznih in kondenzacijskih reakcij.
Soli Rh 5 so bili stabilni v celotnem koncentracijskem območju. Dobljene tanke BSO plasti so izkazovale razmeroma gosto mikrostrukturo z debelino 200 nm. Slaba stran te sinteze je bila neustrezna omočljivost substratov zaradi višje viskoznosti solov.
Najprimernejša sol-gel sinteza za pridobitev BSO tankih plasti je bila sinteza sol-gel Rh 60 kjer so imele tanke plasti gosto in homogeno mikrostrukturo z debelino 250 nm ter povprečno hrapavost (Ra) 30 nm.
Dielektrične lastnosti BSO tankih plasti so bile določene v nizko frekvenčnem področju kot tudi v mikrovalovnem frekvenčnem področju. Meritve dielektričnih lastnosti v nizko frekvenčnem področju v območju od 100 kHz do 1 MHz so bile izvedene z uporabo paralelne kondenzatorske konfiguracije. Izmerjene dielektrične lastnosti BSO tankih plasti pri frekvenci 1 MHz so naslednje: εr 40 in tanδ 6.10-2. V mikrovalovnem frekvenčnem področju so bile dielektrične lastnosti BSO tankih plasti izmerjene z načinom planarne kondenzatorske konfiguracije ( 0.5 - 3 GHz) ter z resonatorskim načinom merjenja (10 GHz). Izmerjene dielektrične vrednosti v frekvenčnem območju med 0.5 - 3 GHz so: εr 40 in tanδ 2.10-1, medtem ko pri 10 GHz so: εr 40 in tanδ 17.10-3. Dielektrične vrednosti izmerjene z resonatorskim načinom (10 GHz) se dobro ujemajo z vrednostmi pri nižje frekvenčnih meritvah. Zaradi opisane lastnosti je uporabnost BSO materiala možna tako v nizkem kot tudi v visokem frekvenčnem področju. V primeru merjenja z načinom planarne kondenzatorske konfiguracije pa izmerjene dielektrične izgube izkazujejo, da izbrana metoda merjenja vpliva na dobljene dielektrične vrednosti.