【摘要】：微波開關(guān)的作用是控制微波信號通道的切換,廣泛應(yīng)用于雷達,通訊,電子對抗等重大領(lǐng)域中�；谙嘧儾牧系奈⒉ㄩ_關(guān)具有高關(guān)開電阻比、速度快、尺寸小、低寄生電容、低功耗的優(yōu)良特性,擁有應(yīng)用于新一代高速可重構(gòu)射頻模塊的巨大潛力。其中,GeTe薄膜的晶化溫度較高,相變前后的電阻比更大,是研究低損耗相變微波開關(guān)的理想材料。本文首先對GeTe薄膜晶化前后的微觀結(jié)構(gòu)和表面形貌進行了分析,然后通過電壓脈沖觸發(fā)實現(xiàn)開關(guān)特性,最后設(shè)計并制作了基于GeTe薄膜的開關(guān)器件原型。主要結(jié)論如下:1.研究GeTe薄膜的制備工藝并分析微觀結(jié)構(gòu)。通過優(yōu)化的射頻磁控濺射工藝制備的GeTe薄膜,其R_(off)/R_(on)高達5個數(shù)量級,Ron約為20Ω;通過XRD分析證實退火后,薄膜相變,形成斜方六面體結(jié)構(gòu);通過AFM觀察薄膜表面形貌得出退火后薄膜晶粒長大,表面粗糙度增大;通過紫外-可見光測試吸收系數(shù),擬合出非晶態(tài)和晶態(tài)的禁帶寬度分別為0.81eV和0.64eV。通過霍爾測試得到晶化過程中載流子濃度和遷移率增大,導致電導率增大;通過阻抗譜分析得到非晶態(tài)存在容抗,阻擋了載流子的遷移,導致電阻率過大,晶化后容抗很小,載流子遷移率增大,電阻率降低。2.測試直流電壓脈沖對GeTe薄膜相變過程的影響。通過測試得到從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的脈沖幅值為5V,寬度為980ns,從晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)的脈沖幅值為10V,寬度為20ns,實現(xiàn)一次開關(guān)轉(zhuǎn)換大約需要1μs。3.設(shè)計并仿真基于GeTe薄膜的低損耗微波開關(guān)的性能。從仿真結(jié)果得出,改變幾何尺寸,可以使微波開關(guān)的插入損耗低于1dB,隔離度大于20dB,但是這兩者之間存在此消彼長的關(guān)系,很難同時得到大幅度提高。4.制作基于GeTe薄膜的微波開關(guān)器件原型并測試其插入損耗和隔離度。采用光刻工藝制備了開關(guān)器件并測試其微波性能,得到在0-20GHz的頻率范圍內(nèi),插損約為10dB,隔離度約為20dB。
【圖文】：

第一章 緒論表 1-2 三種用于微波開關(guān)的相變材料性能對比性能參數(shù) Ge2Sb2Te5GeTe VO2結(jié)晶溫度 Tc(℃) 145 186 ~ 190 65[8]晶態(tài)電阻率(Ω.cm) 10-110-410-1Roff/Ron 102~105104~105104結(jié)晶時間(μs) ~ 200 ~2 ~2觸發(fā)方式 熱、電 熱、電 熱、電、光易失性 非易失 非易失 易失

圖 1-2 相變材料微波開關(guān)工作原理圖[9]GeTe 薄膜非晶態(tài)和晶態(tài)的轉(zhuǎn)換機理為：使用直流電壓(電流)脈沖觸發(fā)薄膜相變，當施加一個窄而高的直流電壓(電流)脈沖時，相變層局部溫度上升，超過 GeTe薄膜的熔點溫度(約 720℃)[9]，突然結(jié)束脈沖，局部的熔融點以很快的速度驟冷，使局部非晶化，材料表現(xiàn)為高阻特性；當施加一個寬而矮的直流電壓(電流)脈沖時，相變層局部溫度上升到 GeTe 薄膜的結(jié)晶溫度點(約 190℃)[9]但低于熔點溫度，使非晶區(qū)晶化，材料表現(xiàn)為低阻特性�？傊�，從非晶態(tài)到晶態(tài)的轉(zhuǎn)變過程是材料加熱-退火的過程，從晶態(tài)到非晶態(tài)是熔融-淬火的過程。整個相變過程可以用電、光、熱等方式觸發(fā)產(chǎn)生焦耳熱，，最終焦耳熱致使相變。觸發(fā)需要在短時間內(nèi)進行，所以選擇直流脈沖或者激光脈沖來實現(xiàn)。其中，電壓(電流)脈沖的強度和寬度以及激光脈沖的光強和曝光時長由相變材料本身屬性，介質(zhì)以及器件結(jié)構(gòu)等方面決定。通過激光脈沖觸發(fā)相變，主要由激光脈沖的波長和持續(xù)時間來控制相變，目前 Bastard等采用預設(shè)功率 70mW 的激光脈沖(波長為 504nm)，持續(xù)時間(160ns)，成功實現(xiàn)了GeTe 由非晶態(tài)到晶態(tài)的轉(zhuǎn)變，并研究了 GeTe 的結(jié)晶機制[10]；Raoux 等采用波長
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB34

【參考文獻】

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 童非;鍺碲基相變磁性材料的制備及性能研究[D];華中科技大學;2012年

本文編號：2580470