автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Сегнетоэлектрические тонкопленочные элементы для электрически управляемых СВЧ устройств

На правах рукописи

Иванов Андрей Владимирович

СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМЫХ СВЧ УСТРОЙСТВ

Специальность: 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные

компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2004

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Козырев А.Б. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Мироненко И.Г. кандидат технических наук Федотов А.Н.

Ведущая организация - Физико-Технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург

Защита состоится « » Апре<><Д 2004 г. в М часов на заседании диссертационного совета Д 212.238.04 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета.

Автореферат разослан «

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Мошников В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Ведущиеся в настоящее время интенсивные исследования электрофизических свойств на СВЧ сегнетоэлектрических тонкопленочных материалов представляют большой.интерес как с точки зрения физики сегнетоэлектриков, так и их технических приложений. Исследование диэлектрических свойств сегнетоэлектрических пленок позволяет получить информацию об их высокочастотных свойствах, углубить понимание механизмов СВЧ потерь в широком диапазоне частот, улучшить характеристики и расширить их техническое применение. Сегнето-электрики обладают рядом свойств, которые делают эти материалы привлекательными с точки зрения разработки на их основе электрически управляемых СВЧ устройств. Такими свойствами являются: высокое быстродействие, способность работать при повышенных уровнях СВЧ мощности, низкое энергопотребление по цепям управления, высокая радиационная стойкость и низкая стоимость производства.

Использование сегнетоэлектриков в СВЧ технике позволяет реали-зовывать электрически управляемые перестраиваемые резонаторы, фильтры, фазовращатели и линии задержки. Практическая реализация электрически управляемых сегнетоэлектрических СВЧ устройств, оценка их параметров и предельных возможностей связаны с решением следующих научно-технических задач.

1. Исследование сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов в СВЧ диапазоне.

Современные достижения в технологии получения высококачественных сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов делают реальностью перспективы их использования в микроэлектронике СВЧ. Однако отсутствие в настоящее время данных об электрофизических свойствах тонких сегнетоэлектрических пленок существенно затрудняет, разработку электрически перестраиваемых СВЧ устройств на их основе. Для создания конкурентоспособных СВЧ устройств необходимо получить информацию о величине диэлектрической нелинейности и потерь сегнетоэлектрических пленок, реализованных различными.технологическими методами (магне-тронное и лазерное напыление, керамическая технология), в широком диапазоне частот от единиц до десятков ГГц.

2. Определение быстродействия сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов при воздействии импульсного электрического поля.

Для электрически перестраиваемых СВЧ устройств в современной микроэлектронике используется, как правило, импульсное управляющее воздействие. В такой ситуации исследования, связанные с изучением времени отклика диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрических пленок на импульсное электрическое для оп-

I БИБЛИОТЕКА 1

1 яж-тл

ределения быстродействия сегнетоэлектрических элементов и СВЧ устройств на их основе.

3. Исследование влияния уровня мощности СВЧ сигнала на параметры сегнетоэлектрических элементов.

Как правило, исследования параметров сегнетоэлектрических элементов проводятся при малых уровнях СВЧ сигнала, не позволяющих прогнозировать их поведение в устройствах, работающих при повышенных уровнях СВЧ сигнала. Это делает необходимым экспериментальные и теоретические исследования нелинейности сегнетоэлектрических элементов в СВЧ полях с повышенной амплитудой электрического поля. Модельные описания изменения свойств сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов при воздействии СВЧ сигнала повышенной амплитуды электрического пола позволяют оценить предельные уровни СВЧ мощности, не приводящие; к потере нелинейных свойств и/или деградации параметров сег-нетоэлектрических элементов.

4. Реализация и исследование в СВЧ диапазоне сегнетоэлектрических фазовращателей.

Актуальность создания высокоэффективных фазовращателей СВЧ диапазона связана, в первую очередь, с развитием фазированных антенных решеток для систем локации и связи. Необходимо проведение исследований, целью которых является определение возможности реализации конкурентоспособных СВЧ фазовращателей на базе тонких сегнетоэлектриче-ских пленок.

Целью диссертационной работы является исследование нелинейности и диэлектрических потерь сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов в широком интервале частот, температур и электрических полей (постоянных, импульсных и синусоидальных) для создания электрически перестраиваемых устройств СВЧ диапазона.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

• Разработаны методики СВЧ измерений основных параметров сегнетоэлектрических пленок и элементов на их основе при приложении постоянного, импульсного и синусоидального электрических полей.

• Проведены исследования СВЧ свойств пленок титаната стронция в повышенных электрических полях (до 100 В/мкм), что позволило впервые создать СВЧ фазовращатель на основе пленок 8гТЮ3, работающий при комнатных температурах.

• Показано, что сегнетоэлектрические тонкопленочные элементы обладают высоким быстродействием при приложении импульсного электрического поля, что позволяет реализовывать на их основе быст-

родействующие устройства, отвечающие современным требованиям микроэлектроники СВЧ.

• Экспериментально и аналитически исследовано нелинейное поведение сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов при воздействии СВЧ сигнала повышенной амплитуды электрического поля. Проведена оценка предельно допустимых уровней СЧВ мощности, не приводящих к деградации СВЧ характеристик планарных сегнетоэлектрических конденсаторов и устройств на их основе.

• Продемонстрирована возможность создания интегральных сегнетоэлектрических фазовращателей, эффективно работающих в миллиметровом диапазоне длин волн с параметрами качества ~40 град/дБ на частотах 30 ГГц и -20 град/дБ на частотах 60 ГГц.

Практическая значимость полученных результатов.

Получены данные об уровне диэлектрических потерь сегнетоэлек-трических пленок в диапазоне частот от единиц до десятков ГГц.

Разработана методика и проведены исследования, позволившие определить быстродействие сегнетоэлектрических элементов, изготовленных современными технологическими методами.

Разработана методика исследования нелинейного поведения сегнето-электрических элементов в повышенном электрическом поле СВЧ. Определены предельно допустимые уровни СВЧ мощности, не приводящие к изменениям характеристик устройств СВЧ, содержащих сегнетоэлектриче-ские элементы.

На основе исследованных сегнетоэлектрических пленок разработаны и реализованы электрически перестраиваемые резонаторы и фазовращатели, работающие в широком диапазоне частот 2-^-60 ГГц.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Для создания электрически перестраиваемых сегнетоэлектрических СВЧ устройств с повышенной температурной стабильностью, работающих при комнатных температурах, целесообразно использовать пленки титаната-стронция при управлении электрическими полями с напряженностью до 100 В/мкм.

2. Медленные релаксационные процессы (с характерными временами ^20 мкс) диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрических пленок приводят к снижению управляемости не более чем на (5+10) %, что не препятствует созданию быстродействующих (с временами переключения

не) электрически управляемых СВЧ устройств на основе сегнетоэлек-трических элементов.

3. Нелинейное поведение элементов на основе сегнетоэлектрических пленок в сильном электрическом поле СВЧ может быть описано на осно-

вании результатов малосигнальных измерений зависимости емкости от постоянного напряжения.

4. Использование тонких пленок титаната бария-стронция позволяет создавать интегральные СВЧ фазовращатели на основе сосредоточенных элементов с параметром качества 40-5-20 град/дБ в диапазоне частот 30+60 ГГц, что делает их конкурентоспособными с существующими аналогами.

Реализация результатов работы.

♦ В грантах:

1. Российской Академии Наук № 96141 (шифр "Космос-2) «СВЧ перестраиваемые фильтры и фазовращатели на основе ВТСП и сегнетоэлектрических пленок»;

2. Министерства Образования Российской Федерации программа «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма «Электроника», раздел «Элементная база микроэлектроники», проект: «Разработка элементной базы и устройств СВЧ радиоэлектроники на основе сег-нетоэлектрических пленок», код проекта 208.02.01.028;

3. Министерства Образования Российской Федерации программа «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма «Новые материалы», раздел «Керамические материалы и сегнетоэлектрики», проект «Сег-нетоэлектрические пленки на СВЧ: физика, технология, применения», код проекта 202 .03.02.009

♦ В гранте №ААХ-17658-01 от 15.04.98 "Ferroelectric materials for advanced communications applications" («Сегнетоэлектрические материалы для коммерческих приложений»), предоставленный National Renewable Energy Laboratory (USA).

• В гранте No. KR-2000A081 от 20.01.00 «Development of Phase shifter/Radiating Element Module for Phased Array Antenna using Ferroelec-trics» («Разработка фазовращателей/излучающих элементов для фазиро-

. ванных антенных решеток, использующих сегнетоэлектрики), предоставленный Korea Institute of Science and Technology (Корейский Институт Науки и Технологии).

• В контракте № 840/02068539 от 28.12.01 "Development of Phase Shifters, Tunable Filter, Delay Line, Mixer and Voltage Tunable Oscillators» («Разработка фазовращателей, перестраиваемых фильтров,л линий задержки, миксеров и перестраиваемых генераторов»). между Санкт-Петербургским Государственным Электротехническим Университетом (Россия) и фирмой Paratek (USA).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

• NATO Advanced Research Workshop on Microwave Physics and Techniques, Sozopol, Bulgaria, 1996.

• International Symposiums on Integrated Ferroelectrics (1997-2003).

• European Microwave Conference, Jerusalem, Israel, 1997.

• International IEEE MTT-Symposium, Baltimore, USA, 1998.

• Progress in Electromagnetics Research Symposium, Nantes, France, 1998.

• Международная Крымская конференция "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии", Севастополь, Украина, 2001-2003.

• IV Международная научно-техническая конференция «Электроника и Информатика - 2002», Зеленоград, Россия, 2002.

Публикации. По теме диссертации опубликовано семнадцать научных работ, из них четырнадцать статей и тезисы к трем докладам на международных научно-технических конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 102 наименования. Основная часть работы изложена на 146 страницах машинописного текста и содержит 59 рисунков и 8 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, отмечена научная новизна полученных результатов, их практическая значимость, перечислены научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлены основные свойства сегнетоэлектриче-ских материалов. Показано, что тонкие сегнетоэлектрические пленки, перспективные для применения в качестве управляющих элементов перестраиваемых СВЧ устройств, недостаточно изучены в сравнении с объемными материалами. Продемонстрированы основные результаты исследований диэлектрических свойств сегнетоэлектрических пленок, имеющиеся в литературных источниках. Отсутствие данных относительно высокочастотных свойств сегнетоэлектрических пленок, особенно в миллиметровом диапазоне длин волн, существенно затрудняет разработку СВЧ устройств на их основе. Представлены существующие на сегодняшний день методики исследований ВЧ-СВЧ свойств тонких сегнетоэлектрических пленок. Подчеркивается, что фактически отсутствуют данные относительно быстродействия сегнетоэлектрических пленок при воздействии импульсного электрического поля, что не позволяет оценить быстродействие устройств, созданных на их основе. Данные относительно предельных уровней СВЧ мощности, не приводящих к необратимой деградации электрофизических свойств, существуют только для объемных поликристаллических образцов

титаната бария-стронция. В ряде работ представлены данные относительно коэффициентов нелинейности тонких сегнетоэлектрических пленок на диэлектрических подложках с высокой теплопроводностью, однако, эти данные носят отрывочный характер и не позволяют прогнозировать поведение устройств на основе этих пленок, работающих при повышенных уровнях СВЧ мощности.

Сделан обзор разработанных на основе сегнетоэлектрических пленок электрически перестраиваемых СВЧ устройств (перестраиваемых резонаторов и фильтров, фазовращателей). СВЧ фазовращатели, работающие в диапазоне ГГц, не обладают оптимальными характеристиками, что

обусловлено отсутствием данных относительно диэлектрических потерь в пленках. Показано, что предлагаемые конструктивные решения существующих электрически перестраиваемых устройств на основе сегнетоэлек-трических пленок не являются оптимальными, что не позволяет им конкурировать с полупроводниковыми или ферритовыми аналогами. Фактически отсутствуют данные относительно сегнетоэлектрических устройств диапазона ГГц, которые в настоящее время привлекают все большее

внимание специалистов, разрабатывающих сканирующие антенные решетки.

Во второй главе приводится описание методик СВЧ измерений основных параметров сегнетоэлектрических планарных конденсаторов. В основу методик измерений был положен резонансный метод, обеспечивающий наибольшую точность в СВЧ диапазоне. Измерительные резонаторы представляют собой отрезок линии передачи (микрополосковой, по-лосковой на основе подвешенной подложки), в центральный зазор которой включается исследуемый сегнетоэлектрический элемент. Показано, что погрешность измерений диэлектрической проницаемости сегнетоэлектри-ческих пленок не превышает 5 %, диэлектрических потерь - 10 % (в диапазоне частот ГГц). Исследованы СВЧ свойства планарных элементов, сегнетоэлектрические пленки которых были сделаны различными технологическими методам: магнетронное напыление, лазерное испарение и керамическая технология. Измерения продемонстрировали, что существующие на сегодняшний день сегнетоэлектрические пленки обладают управляемо -стью диэлектрической проницаемости

Исследованы СВЧ свойства многослойных структур сегнетоэлек-трик-высокотемпературный сверхпроводник. Необходимость таких исследований обусловлена теми фактами, что высокотемпературные сверхпроводники, такие как продемонстрировали существенно меньшее по сравнению с нормальными металлами поверхностное сопротивление в диапазоне СВЧ (при температурах ниже сверхпроводящего перехода). Кроме того, размеры кристаллической решетки УВагСизС^.х близки к размерам ячейки титаната стронция и потому деформирующее влияние

электродов сказывается незначительно на параметрах сегнетоэлектриче-ской пленки. Созданы сегнетоэлектрические конденсаторы с УВагСизСЛ-х электродами, эффективно работающие при криогенных температурах. Исследованные УВа2Си307-х/8гТ103/ЬаЛ103 элементы при Т=78 К продемонстрировали управляемость к~2.44 и диэлектрические потери tg6<0.03 в частотном диапазоне 2+10 ГГц.

Исследованы СВЧ свойства сегнетоэлектрических БгТЮз конденсаторов при комнатных температурах. Разработанная четырехэлектродная конструкция пленарного конденсатора позволяет создавать в сегнетоэлек-трпческой пленке повышенные электрические поля до 100 В/мкм. Диэлектрическая управляемость планарных БгТЮз элементов достигала значений 1,8+2.0 при Т=300 К, tg5(2+20 ГГц) < 0.02. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что при разработке сегнетоэлектрических устройств, обладающих повышенной температурной стабильностью, использование БгТЮз элементов при комнатных температурах более перспективно, по сравнению с конденсаторами на основе титаната бария-стронция.

Показано, что сегнетоэлектрические пленки являются перспективными для СВЧ приложений в частотном диапазоне (1+60) ГГц, особенно в верхней части этого диапазона, где преимущества сегнетоэлектрических варакторов по отношению к полупроводниковым с точки зрения СВЧ потерь становятся более очевидными. Исследования СВЧ свойств сегнето-электрических пленок в миллиметровом диапазоне длин волн были проведены с использованием частично заполненных волноводных резонаторов. Результаты исследований демонстрируют, что для лучших образцов тита-ната бария-стронция диэлектрические потери не превышают 0.08 (60 ГГц) при управляемости элемента

В третьей главе представлена разработанная методика исследования быстродействия сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов на воздействие импульсного электрического поля. Измерения времени изменения диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрических пленок на воздействие импульсного управляющего электрического поля основаны на определении длительности процесса перестройки по частоте амплитудно-частотной характеристики микрополоскового СВЧ резонатора, в который включен сегнетоэлектрический элемент. При приложении к сегнетоэлек-трическому конденсатору импульсного управляющего напряжения амплитудно-частотная характеристика резонатора сдвигается в область более высоких частот, что приводит к изменению коэффициента передачи резонатора Бг) на фиксированной частоте СВЧ сигнала. Длительность процесса перестройки СВЧ резонатора с сегнетоэлектрическим элементом определяется после детектирования СВЧ сигнала на выходе резонатора. Сравнение импульса управляющего напряжения (длительность фронтов нарастания и спада прикладываемого к сегнетоэлектрическому элементу,

и огибающей СВЧ сигнала на выходе резонатора позволяет зафиксировать возможные релаксационные процессы в сегнетоэлектрической пленке, приводящие к замедлению частотной перестройки СВЧ резонатора. Исследовалось быстродействие планарных сегнетоэлектрических конденсаторов на основе пленок БгПСЬ (магнетронное напыление) и (Ба,8г)ТЮ3 (керамическая технология), нанесенных на диэлектрические подложки А12Оз и М^О, соответственно. Изменение диэлектрической проницаемости 8гТЮ3 пленки при импульсном воздействии происходит за времена меньшие 10 не. Этот вывод в основном справедлив и для планарных конденсаторов на основе (Ба,8г)ТЮ3. Однако, для (Ба,8г)ТЮ3 конденсаторов наблюдались и более медленные изменения диэлектрической проницаемости со временем релаксации порядка 20 мкс. Медленные релаксационные процессы приводят к снижению управляемости диэлектрической проницаемости не более чем на 10 %. Полученные результаты исследований позволяют заключить, что на основе сегнетоэлектрических пленок возможна реализация быстродействующих управляемых устройств СВЧ диапазона.

В четвертой главе (параграф 4.1) представлены результаты исследования предельных уровней СВЧ мощности, не приводящих к деградации параметров сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов. Получены данные о нелинейности сегнетоэлектрических элементов в повышенном СВЧ электрическом поле. Проведены оценки перегрева элементов при воздействии СВЧ мощности повышенной амплитуды. Исследованы характеристики СВЧ резонатора, содержащего сегнетоэлектрический конденсатор, при различных уровнях входной СВЧ мощности. Измерения проводились в импульсном режиме генерации СВЧ сигнала. Применение импульс -ного режима генерации обусловлено тем, что на нелинейное поведение сегнетоэлектрических материалов в сильном электрическом поле СВЧ могут оказывать существенное влияние тепловые эффекты, вызванные рассеянием СВЧ мощности за счет наличия диэлектрических потерь. Импульсный режим позволил разделить влияния электрического поля и нагрева активной области сегнетоэлектрической пленки на наблюдаемое в экспериментах поведение конденсаторов под действием СВЧ мощности. В экспериментах использовались СВЧ импульсы длительностью т=10+100 мкс (при скважности 1000), мощностью от 0.01 Вт до 100 Вт. Длительности фронтов импульса не превышали величины 0.1 мкс. Используя представленную методику измерений, проведены исследования

ВаозБгозТЮз/ЬаАЮз, Вг^ГобТЮзА^О, ВаобБгоДЮз/ЬаАЮз и

сегнетоэлектрических элементов. При увеличении уровня падающей мощности наблюдался сдвиг резонансной частоты в область более высоких частот и уменьшение добротности резонатора с включенным сегнетоэлектрическим конденсатором. При дальнейшем увеличении входной мощности резонансные кривые становятся асимметричными, что характерно для нелинейных резонансных структур. Искажения резонансной кривой и частотный сдвиг ее максимума сильнее проявлялись

кривой и частотный сдвиг ее максимума сильнее проявлялись при измерениях на момент окончания импульса отклика СВЧ резонатора. Это обу- -словлено тем, что на момент окончания импульса воздействия .перегрев сегнетоэлектрической пленки сказывается на величине емкости конденсатора сильнее, чем на переднем фронте. Показано, что основным фактором, ограничивающим уровень предельно допустимых рабочих СВЧ мощностей, является перегрев сегнетоэлектрического нелинейного элемента, что приводит к уменьшению управляемости.

Проведенные исследования позволили заключить, что нелинейное поведение сегнетоэлектрических элементов при воздействии СВЧ электрического поля повышенной амплитуды может быть описано на основе анализа малосигнальных вольт-фарадных характеристик. Кроме того, продемонстрированы возможности увеличения предельных рабочих уровней СВЧ мощности, не приводящих к существенным ухудшениям характеристик сегнетоэлектрических элементов.

В параграфе 4.2 представлены результаты исследования СВЧ характеристик двухрезонаторной схемы, содержащей два нелинейных сегнето-электрических конденсатора, при воздействии СВЧ сигнала повышенного уровня мощности. Определены мощности, диссипируемые в каждом из сегнетоэлектрических конденсаторов, проведена оценка их перегрева. Продемонстрировано, что обеспечение одинакового перегрева конденсаторов в многорезонаторной СВЧ схеме за счет изменения геометрии позволяет повысить уровень предельных рабочих СВЧ мощностей, не приводящих к ухудшению характеристик устройства.

Глава пятая посвящена сегнетоэлектрическим СВЧ фазовращателям, реализованным на основе нагруженной микрополосковой линии. Представлены конструкции сегнетоэлектрических фазовращателей, управляющих фазой СВЧ сигнала в диапазонах 10, 30 и 60 ГГц. На базе фазовращателей, работающих на частотах около 30 ГГц, разработана и реализована фазированная антенная решетка, состоящая из шестнадцати печатных излучателей и четырех сегнетоэлектрических СВЧ фазовращателей.

В параграфе 5.1 представлена конструкция СВЧ фазовращателя на основе нагруженной микрополосковой линии, в качестве нелинейных элементов которого были использованы планарные 8гИСЬ конденсаторы, работающие при комнатной температуре (Т»300 К). На центральной частоте рабочего диапазона (8.8 ГГц) вносимые фазовращателем потери не превышали 0.5 дБ и слабо изменялись при увеличении напряжения. Коэффициент отражения в диапазоне частот 8.6+9.0 ГГц 8п<_13 дБ. Фазовый сдвиг в диапазоне частот 8.6+9.0 ГГц варьировался от 0 град до ~55 град. Максимальная фазовая ошибка составляла не более 5 град в рабочем диапазоне-частот. Параметр качества фазовращателя 110 град/дБ.

В параграфе 5.2 рассматриваются вопросы создания сегнетоэлектрических СВЧ фазовращателей, способных управлять фазой СВЧ сигнала в диапазоне 1~30 ГТц. Фазовращатели полностью выполнены в интегральном исполнении, что обусловлено необходимостью использования в высокочастотном диапазоне небольших номиналов емкости сегнетоэлектрических элементов (использование навесных конденсаторов фактически невозможно из-за существенных ограничений в размерах всей конструкции фазовращателя). СВЧ фазовращатели выполнены на подложке из поликора с пленкой и медной

металлизацией. Микрополосковая линия периодически нагружена тринадцатью параллельными LC контурами. Фазовращатель продемонстрировал непрерывный фазовый сдвиг от 0 до 360 град, потери

в рабочем частотном диапазоне не превышали величины -12 дБ (амплитудная модуляция не более 3 дБ). Коэффициент отражения не более —15 д!Для разработки электрически управляемых фазированных антенных решеток (ФАР) необходимо создание фазовращателей, обеспечивающих непрерывный фазовый сдвиг от 0 до 360 град. Кроме того, к фазовращателям, управляющим работой ФАР, предъявляются требования, связанные с необходимостью сведения к минимуму амплитудной модуляции потерь при управлении. Представленные в параграфе 5.2 интегральные сегнето-электрические СВЧ фазовращатели были использованы для построения на их основе фазированной антенной решетки. В параграфе 5.3 представлена конструкция и СВЧ характеристики сегнетоэлектрической фазированной антенной решетки. Излучающий модуль (состоящий из четырех линеек, содержащих по четыре печатных излучателя) и микрополосковый делитель СВЧ мощности выполнены на подложке с диэлектрической проницаемостью Сегнетоэлектрические СВЧ фазовращатели включены в разрыв между делителем мощности и излучающими печатными элементами. Ширина диаграммы направленности антенны (в азимутальной плоскости) в случае положения луча по нормали к апертуре составляет 21 град, уровень боковых лепестков не превышает 15 дБ. При сканировании в диапазоне углов ±30 град диаграмма направленности расширяется до 26 град, уровень боковых лепестков при сканирований не более -10 дБ.

Параграф 5.4. посвящен рассмотрению вопросов реализации сегнетоэлектрических фазовращателей, работающих в диапазоне частот -60 ГГц. Фазовращатель реализован на подложке из поликора с пленкой и медной металлизацией. Микрополосковая линия периодически нагружена двадцатью параллельными LC контурами. Сегнетоэлек-трический фазовращатель продемонстрировал затухание СВЧ сигнала дБ вблизи ГГц и слабое изменение коэффициента прохождения ±0.5 дБ при приложении к емкостным сегнетоэлектрическим зазорам постоянного управляющего напряжения. Фазовый сдвиг Д<р=220 град, фа-

зовая ошибка не превышала ±5 град в диапазоне частот 59+63 ГГц. 8п фазовращателя в диапазоне частот 59.7-63 ГГц был не хуже -9 дБ и практически не изменялся при приложении управляющего напряжения. Фазовращатель продемонстрировал параметр качества 22 град/дБ в диапазоне частот ~60 ГГц.

Таким образом, проведенные исследования. продемонстрировали возможность реализации сегнетоэлектрических СВЧ фазовращателей на основе сосредоточенных элементов, эффективно работающих в широком частотном диапазоне 10+60 ГГц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Разработанные методики СВЧ исследований сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов позволили определить:

1.1. Управляемость и диэлектрические потери сегнетоэлектрических пленок, изготовленных различными технологическими методами в диапазоне частот от 2 ГГц до 60 ГТц.

• Исследованные сегнетоэлектрические планарные конденсаторы на основе пленок (Бах,8п.х)ТЮ3 (х = 0,0.3, 0.5) имеют приемлемые СВЧ свойства для проектирования на их основе электрически управляемых устройств в широком диапазоне частот от единиц до десятков ГТц.

• Разработанная конструкция сегнетоэлектрического элемента позволяет создавать в пленке управляющие электрические поля до ЮОВ/мкм, при этом диэлектрическая нелинейность пленок 8гТЮ3 при комнатных температурах достигала значений к > 2.0, диэлектрические потери составляли приемлемую для СВЧ приложений величину 1е5~0.015 (в диапазоне частот 2+20 ГТц).

• Показана возможность создания сегнетоэлектрических элементов управляемых устройств СВЧ диапазона с высокотемпературными сверхпроводящими УВа2Сиз07.х электродами. Исследованные многослойные УВагСизСЬ.х/ЗгТЮз/ЬаАЮз элементы при Т=78 К продемонстрировали управляемость к~2.44 и диэлектрические потери tg5<0.03 в диапазоне частот 2+10 ГТц.

1.2 изменение диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрических пленок при воздействии униполярных импульсов напряжения.

• Изменение диэлектрической проницаемости пленок 8гТЮз происходит в течение интервала времени меньшего 10 нс (при воздействии импульсами напряжения длительностью от Юмкс до 100 мс). Результаты измерений конденсаторов на основе пленок указывают на наличие двух различных механизмов изменения диэлектрической проницаемости пленок Вао^Бго^ТЮз: быстрое изме-

нение величины диэлектрической проницаемости за время, не превышающее 10 нс (—90-1-95 % от изменения е), и более медленное, с временем отклика порядка 20 мкс (не более 5+10 % от изменения е).

13 нелинейный отклик сегнетоэлектрических элементов при воздействии сигнала повышенной амплитуды СВЧ электрического поля.

• Нелинейный отклик сегнетоэлектрических элементов, измеренный в результате малосигнальных экспериментов, совпадает с нелинейным откликом, полученным в результате измерений при воздействии СВЧ сигнала высокого уровня мощности, что позволяет проводить оценки предельно допустимых рабочих уровней СВЧ мощности, не приводящих к деградации характеристик устройств, содержащих сегнетоэлектрические элементы, на основе анализа результатов малосигнальных измерений.

• Основным фактором, ограничивающим возможность сегнетоэлек-трических конденсаторов работать без деградации параметров при воздействии СВЧ сигнала повышенного уровня мощности, является перегрев элементов за счет диссипации СВЧ мощности.

2. Разработаны и исследованы интегральные сегнетоэлектрические СВЧ фазовращатели на основе нагруженной микрополосковой линии, работающие в диапазоне частот 10 ГТц, 30 ГГц и 60 ГГц. Параметр качества разработанных фазовращателей составил величину 110град/дБ (-10 ГГц), 40 град/дБ (-30 ГТц) и 22 град/дБ (-60 ГГц). На основе фазовращателей, работающих на частотах 30 ГГц, была сконструирована и реализована сегнетоэлектрическая фазированная антенная решетка с электрическим управлением лучом, которая продемонстрировала возможности сканирования луча в пределах ±30 град, при уровне боковых лепестков -10 дБ. Ширина луча диаграммы направленности антенной решетки в азимутальной плоскости составила 21 град при положении луча по нормали к плоскости и 26 град при отклонении луча на максимальные углы.

Список опубликованных работ по теме диссертации.

1. E.K.HolImann, AV.Ivanov, AB.Kozyrev, V.E.Loginov, P.K.Petrov, O.I.Soldalenkov, AV.Tumarkin, O.G.Vendik. Evaluation of the tunability and insertion loss of YBajCujOy.x/SrTiOj structures for MW applications (Исследования управляемости и потерь "УВагСизС^-х/ЗгЛОз структур для СВЧ приложений) // Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on Microwave Physics and Techniques, Bulgaria, 1996, vol.33, pp.339-344.

2. AB.Kozyrev, EJCHollmann, AV.Ivanov, O.I.Soldatenkov, T.V.Rivkin,

C.H.Mueller, GAKoepf. Microwave properties of YBa2Cu3O7.x/SrTiO3 planar capacitors (СВЧ свойства YBa2Cu3O7.x/SrTiO3 планарных конденсаторов) // Integrated Ferroelectrics, 1997, vol.17, pp.257-262.

3. АБ.Козырев, О.И.Солдатенков, АВ .Иванов. Время переключения планарных сегнетоэлектрических конденсаторов на основе пленок тита-ната стронция и титаната бария-стронция // Письма в ЖТФ, 1998, т.24, вып.19,с.19-25.

4. AB.Kozyrev, O.I.Soldatenkov, T.B.Samoilova, AV.Ivanov, CRMueller, T.V.Rivkin, GAKoepf. Response time and power handling capability of tunable microwave devices using ferroelectric films (Быстродействие и допустимые рабочие уровни мощности перестраиваемых СВЧ приборов на основе сегнетоэлектрических пленок) // Integrated Ferroelectrics, 1998, vol.22, pp.329-340.

5. AKozyrev, AIvanov, VTCeis, M.Khazov, V.Osadchy, T.Samoilova, O.Soldatenkov, APavlov, G.Koepf, CMueller, D.Galt, T.Rivkin. Ferroelectric films: nonlinear properties and applications in microwave devices (Сегнетоэлектрические пленки: нелинейные свойства и применение в СВЧ приборах) // Microwave Symposium Digest, 1998, vol.2, pp.985-988.

6. АКозырев, АИванов, О.Солдатенков, Е.Гольман, АПрудан, В.Логинов. СВЧ фазовращатель с планарными конденсаторами на основе пленок титаната стронция // Письма в ЖТФ, 1999, т.25, вып.20, с.78-83.

7. A.Kozyrev, AJvanov, A.Prudan, O.Soldatenkov, E.Hollmann, V.Loginov,

D.Ginley, and T.Rivkin. Microwave phase shifter employing SrTiO3 ferroelectric varactors (СВЧ фазовращатель на основе SrTiO3 сегнетоэлектрических конденсаторов) // Integrated Ferroelectrics, 1999, vol.24, pp.287295.

8. AB-Kozynev, AV.Ivanov, T.B.Samoilova, O.I.Soldatenkov, LC.Sengupta, T.V.Rivkin, CM.Carlson, PAParilla, and D.S.Ginley. Microwave properties of ferroelectric (Ba,Sr)TiO3 varactors at high microwave power (СВЧ свойства сегнетоэлектрических (Ba,Sr)TiO3 конденсаторов при высоких уровнях СВЧ мощности) // Integrated Ferroelectrics, 1999, vol.24, pp.297-307.

9. AKozyrev, AIvanov, T.Samoilova, O.Soldatenkov, KAstafiev, L.S.Sengupta. Nonlinear response and power handling capability of ferroelectric BaxSr|.xTiO3 film capacitors and tunable microwave devises (Нелинейный отклик и допустимые рабочие уровни мощности сегнетоэлектрических BaxSri.xTiO3 пленочных конденсаторов и перестраиваемых СВЧ приборов) // Journal of Applied Physics, 2000, vol.88, No.9, pp.5334-5342.

10. AKozyrev, V.Keis, O.Buslov, AIvanov, O.Soldatenkov, V.Loginov, ATaricin, J.Graul. Microwave properties of ferroelectric film planar varactors (СВЧ свойства сегнетоэлектрических пленочных планарных конденсаторов) // Integrated Ferroelectrics, 2001, vol.34, pp.271-307.

11. AKozyrev, Aivanov, T.Samoilova, O.Soldatenkov, L.S.Sengupta. Microwave two-pole resonant structure employed with ferroelectric films at high microwave power (СВЧ свойства двухрезонаторной схемы на основе сегнетоэлектрической пленки при высоких уровнях СВЧ мощности) // Integrated Ferroelectrics, 2001, vol.34, pp.237-245.

12. АБ.Козырев, АЗ.Иванов, О.И.Соддатенков, АВ.Тумаркин, С.В.Разумов, С.ЮАйгунова 60 GHz фазовращатель на основе (Ba,Sr)TiC>3 сегнегоэдекIрической пленки // Письма в ЖТФ, 2001, т. 27, вып. 24, с. 16-21.

13. AKozyrev, V.Keis, O.Buslov, AIvanov, T.Samoilova, O.Soldatenkov, V.Loginov, ATumarkin, L.Sengupta. Ferroelectric films at high microwave power of Ka-band frequency (Сегнетоэлектрические пленки при высоких уровнях СВЧ мощности в Ка-диапазоне) // Integrated Ferroelectrics, 2001, voI.39,pp.427-436.

14. S.Razumov, ATumarkin, O.Buslov, M.Gaidukov, AGagarin, AIvanov, AKozyrev, Yong-Won Song, Chan-Sik Park. Electrical properties of magnetron sputtered thin BaSrTiO3 films depending on deposition conditions (Электрофизические свойства тонких пленок BaSrTiO3, полученных методами магнетронного напыления) // Integrated Ferroelectrics, 2001, vol.39,pp.367-373.

15. S.V.Razumov, A.V. Tumarkin, M.M. Gaidukov, A.G. Gagarin, A.B. Kozy-rev, O.G. Vendik, A.V. Ivanov, O.U. Buslov, V.N. Keys, L.C.Sengupta and X. Zhang Characterization of quality of BaxSri.xTiO3 thin film by. the commutation quality factor measured at microwaves (Определение применимости в СВЧдиапазоне Ва^^-ДЮз тонких пленок с помощью измерений параметра качества) // Applied Physics Letters, 2002, vol.81, No.9, pp.1675-1677.

16. Иванов A.B., Солдатенков О.И., Самойлов H.B., Айгунова С.Ю., Ту-маркинАЗ., Kyung-Yong Kim. 30 ГГц сегнетоэлектрический фазовращатель на основе нагруженной микрополосковой линии // В книге 12-я Международная Крымская конференция ИСВЧ техника и телекоммуникационные технологии". Севастополь, 2002, стр. 385-387. ISBN 9667968-12-Х.

17. Иванов А.В., Солдатенков О.И., Иванова СЮ. Сегнетоэлектрический фазовращатель на основе нагруженной линии. //. Электроника и информатика - 2002. IV Международная научно-техническая конференция: Тезисы докладов. Часть 2, стр.190-192. - М: МИЭТ, 2002 - 404 с. ISBN 5-7256-0324-5.

Подписано в печать 24.02.2004. Формат 60x84/16. Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ЗАО «КопиСервис». Печать ризографическая. Заказ № 1/2402. П. л. 1.0. Уч.-изд. 1.0. Тираж 100 экз.

ЗАО «КопиСервио, 194017, Санкт-Петербург, Скобелевский пр., д. 16

Тел.:(812)234 4333

4264

ВВЕДЕНИЕ.

1. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕ-СКИХ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМЫЕ СВЧ УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ.

1.1. Нелинейные свойства и СВЧ потери в объемных и пленочных сегнетоэлектрических материалах.

• 1.2. СВЧ устройства на основе тонких сегнетоэлектрических пленок.

Выводы по главе.

2. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ СВЧ ИЗМЕРЕНИЙ ПЛАНАР-НЫХ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ НА ОСНОВЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК SrTi03 и (Ba,Sr)Ti03.

2.1. Методика измерений характеристик планарных сегнетоэлектрических конденсаторов.

2.1.1. Конструкция измерительного резонатора.

• 2.1.2. Определение реактивного отклика планарного сегнетоэлектрического конденсатора, включенного в СВЧ резонатор.

2.1.3. Определение тангенса угла диэлектрических потерь.

2.1.4. Погрешности методики измерений.

2.1.5. Эталонные измерения.

2.2. Планарные конденсаторы, содержащие тонкую сегнето-электрическую пленку.

2.3. Результаты СВЧ измерений параметров сегнетоэлектрических планарных конденсаторов.

• 2.4. Параметр качества сегнетоэлектрической пленки.

Выводы по главе.

3. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ СВЧ ИЗМЕРЕНИЙ ВРЕМЕНИ ОТКЛИКА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ТОНКИХ ПЛЕНОК SrTi03 и (Ba,Sr)Ti03 НА ВОЗДЕЙСТВИЕ УНИПОЛЯРНЫХ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ

3.1. Методика СВЧ измерений времени отклика диэлектрической проницаемости тонких сегнетоэлектрических пленок на

• управляющий видеоимпульс напряжения.

3.2. Конструкция измерительного резонатора и расчетные характеристики.

3.3. Блок-схема измерений.

3.4. Результаты СВЧ измерений времени отклика планарных SrTi03 и (Ba,Sr)Ti03 конденсаторов на импульсное воздействие.

Выводы по главе.

4. ИССЛЕДОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОГО ПОВЕДЕНИЯ СЕГНЕТО

• ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ И УСТРОЙСТВ НА ИХ ОСНОВЕ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ УРОВНЯХ МОЩНОСТИ СВЧ.

4.1. Исследование нелинейного отклика сегнетоэлектрическо-го конденсатора, включенного в резонатор, под действием электрического поля СВЧ повышенной амплитуды.

4.1.1. СВЧ резонатор для исследования влияния уровня СВЧ мощности на характеристики планарных сегнетоэлектрических конденсаторов.

4.1.2. Методика исследования нелинейного поведения сегнетоэлектрических конденсаторов при повышенных уровнях мощности СВЧ.

4.1.3. Результаты исследований влияния повышенных уровней СВЧ на характеристики СВЧ резонатора, содержащего сегне-тоэлектрический нелинейный элемент.

4.1.4. Моделирование амплитудно-частотной характеристики измерительного резонатора, содержащего нелинейный сегне-тоэлектрический конденсатор.

4.1.5. Перегрев сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов при воздействии СВЧ сигнала повышенного уровня

Р мощности.

4.1.6. Предельные уровни СВЧ мощности для резонансной структуры, содержащей нелинейный сегнетоэлектрический конденсатор.

4.2. Исследование влияния повышенных уровней СВЧ мощности на двухрезонаторную структуру, содержащую планарные сегнетоэлектрические конденсаторы.

4.2.1. Топология исследуемой двухрезонаторной структуры, содержащей планарные сегнетоэлектрические конденсаторы.

• 4.2.2. Исследования малосигнальных СВЧ характеристик двухрезонаторной сегнетоэлектрической структуры.

4.2.3. Исследование СВЧ характеристик двухрезонаторной сегнетоэлектрической структеры при воздействии сигнала повышенного уровня СВЧ мощности.

4.2.4. Результаты моделирования СВЧ характеристик двухрезонаторной структуры при воздействии сигнала повышенного уровня СВЧ мощности.

4.2.5. Определение перегрева сегнетоэлектрических конденсаторов в двухрезонаторной структуре.

Выводы по главе.

5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМЫЕ СВЧ ФАЗОВРАЩАТЕЛИ НА ОСНОВЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТОНКИХ ПЛЕНОК.

5.1. Сегнетоэлектрический СВЧ фазовращатель на основе нагруженной микрополосковой линии сантиметрового диапазона.

5.2. Сегнетоэлектрические СВЧ фазовращатели, работающие на частотах 3 0 ГГц.

5.3. Электрически управляемая фазированная антенная решет

Ф ка с сегнетоэлектрическими СВЧ фазовращателями.

5.4. Сегнетоэлектрический СВЧ фазовращатель работающий на частоте 60 ГГц.

Выводы по главе.

Ведущиеся в настоящее время интенсивные исследования СВЧ электрофизических свойств сегнетоэлектрических тонкопленочных материалов представляют большой интерес как с точки зрения физики сегнетоэлектрических материалов, так и ее приложений. Изучение диэлектрических свойств сегнетоэлектрических материалов позволяет получить информацию об их фундаментальных и высокочастотных свойствах, углубить понимание механизмов СВЧ потерь, улучшать характеристики и ускорять техническое применение сегнето

• электрических материалов. Сегнетоэлектрические материалы обладают рядом свойств, которые делают эти материалы привлекательными с точки зрения разработки на их основе электрически управляемых СВЧ устройств: высокое быстродействие и способность работать при повышенных уровнях СВЧ мощности; низкое энергопотребление по цепям управления; высокая радиационная стойкость и низкая стоимость производства.

Использование сегнетоэлектрических материалов в СВЧ технике позволяет реализовывать электрически управляемые перестраиваемые резонаторы и фильтры, фазовращатели и линии задержки, использующие принцип изменения диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрических материалов при воздействии постоянного управляющего напряжения. Перспективность использования сегнетоэлектрических СВЧ устройств обусловлена комбинацией высокого быстродействия и возможности работать при высоких уровнях СВЧ мощности без существенной деградации свойств по сравнению с полупроводниковыми и фер-ритовыми аналогами.

Практическая реализация электрически управляемых сегнетоэлектрических СВЧ устройств, оценка их параметров и предельных возможностей связаны с решением следующих научно-технических проблем.

1. Комплексное исследование параметров сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов в СВЧ диапазоне.

В настоящее время, основное число публикаций посвящено измерениям ВЧ свойств сегнетоэлектрических пленок в ограниченном интервале частот (до единиц МГц). Публикации, связанные с СВЧ измерениями дают отрывочную информацию об электрофизических свойствах в достаточно узких поддиапазонах СВЧ частот. Создание сегнетоэлектрических СВЧ устройств делает необходимым выявление зависимостей диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь от управляющего постоянного напряжения в широком диапазоне частот от единиц до десятков гигагерц. Для создания конкурентоспособных СВЧ устройств необходимо получить информацию о величине диэлектрических потерь сегнетоэлектрических пленок, полученных различными технологическими методами (магнетронное и лазерное напыление, керамическая технология) в высокочастотой части СВЧ диапазона.

2. Исследование вопросов, связанных с быстродействием сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов, работающих в параэлектрической фазе.

На современном уровне развития СВЧ техники предъявляются жесткие требования к быстродействию электрически перестраиваемых СВЧ устройств. В настоящее время проведены исследования элементов памяти, работающих на основе сегнетоэлектрических пленок в сегнетофазе, быстродействие которых не превышает 0.1-1 мкс. Существенно более высокие скорости переключения (десятки не) необходимы для конкурентоспособной работы электрически перестраиваемых устройств СВЧ диапазона, что определяет необходимость проведения исследований быстродействия сегнетоэлектрических тонкопленочных нелинейных элементов в парафазном (бездоменном) состоянии.

3. Исследования влияния СВЧ сигнала повышенного уровня мощности на параметры сегнетоэлектрических элементов. ф

Традиционно, за исключением нескольких публикаций, исследования параметров сегнетоэлектрических элементов проводятся при малых уровнях СВЧ сигнала, не позволяющих спрогнозировать их поведение при повышенных уровнях СВЧ электрического поля. Разработка устройств, работающих при повышенных уровнях СВЧ сигнала (приемо-передающие, локационные системы) делает необходимым экспериментальные и теоретические исследования нелинейности сегнетоэлектрических элементов в СВЧ полях повышенной амплитуды. Модельные описания изменения свойств сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов при воздействии СВЧ сигнала повышенной амплитуды позволяют оценить предельные уровни СВЧ мощности, не приводящие к потере нелинейных свойств и/или деградации параметров сегнетоэлектрических элементов. Интересным является вопрос, связанный с перегревом сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов за счет диссипации СВЧ мощности и оценка величин перегрева сегнетоэлектрических пленок.

4. Реализация и исследования в СВЧ диапазоне сегнетоэлектрических фазовращателей.

В настоящее время существенно возрос интерес к реализации высокоэффективных фазовращателей СВЧ диапазона, способных управлять фазой СВЧ сигнала в широком частотном диапазоне. Это связано, в первую очередь, с развитием систем локации и связи, что обуславливает необходимость реализации фазированных антенных решеток, в составе которых работают фазовращатели СВЧ диапазона. В связи с тем, что используются различные диапазоны частот СВЧ (2-10 ГГц, 30-80 ГГц) для решения существующих задач передачи информации и определения местоположения объектов, необходимо проведение исследований, целью которых является определение возможности реализации конкурентоспособных СВЧ фазовращателей на основе тонких сегнетоэлектрических пленок.

Перечисленный круг вопросов позволяет сформулировать цель настоящей работы: исследование параметров (нелинейности и диэлектрических потерь) сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов в широком интервале частот, в том числе при воздействии СВЧ сигнала повышенного уровня мощности и импульсов управляющего напряжения для реализации электрически перестраиваемых устройств СВЧ диапазона на основе тонких сегнетоэлектрических пленок.

Основными задачами исследований, проведенных в рамках данной работы в связи с обозначенными целями, являлись:

1. Разработка СВЧ измерительных устройств для исследования СВЧ параметров сегнетоэлектрических планарных конденсаторов в диапазоне 2-10 ГГц.

2. Исследование диэлектрических СВЧ свойств тонких сегнетоэлектрических пленок в широком частотном диапазоне.

3. Разработка методики измерений и определение времени изменения диэлектрической проницаемости тонкопленочных сегнетоэлектрических элементов в СВЧ диапазоне при воздействии видеоимпульсов напряжения.

4. Разработка методики и проведение исследований СВЧ характеристик резонатора, содержащего нелинейный сегнетоэлектрический элемент, при воздействии СВЧ сигнала повышенного уровня мощности. Определение нелинейного отклика и перегрева сегнетоэлектрических элементов за счет диссипации СВЧ мощности.

5. Реализация и исследования СВЧ характеристик сегнетоэлектрических фазовращателей, способных управлять фазой СВЧ сигнала в сантиметровом и миллиметровом диапазоне длин волн. Разработка фазированной антенной решетки, управление лучом которой осуществляется с помощью сегнетоэлектрических СВЧ фазовращателей.

Исследования, проведенные в рамках изложенных выше задач, позволяют сформулировать следующие научные положения, выносимые на защиту:

1. Для создания электрически перестраиваемых сегнетоэлектрических СВЧ устройств с повышенной температурной стабильностью, работающих при комнатных температурах, целесообразно использовать пленки титаната-стронция при управлении электрическими полями с напряженностью до 100 В/мкм.

2. Медленные релаксационные процессы (с характерными временами >20 мкс) диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрических пленок приводят к снижению управляемости не более чем на (5-Н0) %, что не препятствует созданию быстродействующих (с временами переключения <10 не) электрически управляемых СВЧ устройств на основе сегнетоэлектрических элементов.

3. Нелинейное поведение элементов на основе сегнетоэлектрических пленок в сильном электрическом поле СВЧ может быть описано на основании результатов малосигнальных измерений зависимости емкости от постоянного напряжения.

4. Использование тонких пленок титаната бария-стронция позволяет создавать интегральные СВЧ фазовращатели на основе сосредоточенных элементов с параметром качества 40-ь20 град/дБ в диапазоне частот 30-И50 ГГц, что делает их конкурентоспособными с существующими аналогами.

Кроме перечисленных научных положений, основные результаты диссертационной работы отражены в следующих выводах (представленных в конце глав 2, 3, 4, 5).

1. Исследованные сегнетоэлектрические планарные конденсаторы имеют приемлемые диэлектрические свойства для проектирования на их основе устройств СВЧ диапазона. Результаты измерений СВЧ свойств тонких сегнетоэлектрических пленок продемонстрировали отсутствие частотной дисперсии диэлектрической проницаемости исследованных пленок и елабую зависимость диэлектрических потерь в частотном диапазоне (29) ГГц.

Разработанная четырехэлектродная конструкция планарного конденсатора позволяет создавать в сегнетоэлектрической пленке повышенные электрические поля. Диэлектрическая нелинейность планарных SrTiCb конденсаторов достигала значений 1.8-2.0 при Т=300 К. Продемонстрирована возможность создания сегнетоэлектрических элементов управляемых устройств СВЧ диапазона совместно с высокотемпературными сверхпроводящими материалами (YBa2Cu307.x). Исследованные УВагСизОт.х/ЗгТЮз/ЬаАЮз конденсаторы при Т=78 К продемонстрировали управляемость к=2.44 и приемлемые для СВЧ приложений потери.

Результаты проведенных исследований продемонстрировали высокое быстродействие тонкопленочных сегнетоэлектрических элементов. Изменение диэлектрической проницаемости тонких пленок БгТЮз происходит за времена меньшие чем 10 не. Результаты измерений (Ba,Sr)Ti03 конденсаторов указывают на наличие двух различных механизмов изменения диэлектрической проницаемости (Ba,Sr)TiC>3 пленки: быстрое изменение величины диэлектрической проницаемости за время, не превышающее 10 не, и более медленное, с временем отклика порядка 20 мкс. Проведенные исследования позволили определить коэффициенты нелинейности сегнетоэлектрических тонкопленочных конденсаторов при воздействии СВЧ электрического поля повышенной амплитуды. Сравнение вольт-фарадных характеристик позволяет сделать следующий вывод: коэффициенты нелинейности сегнетоэлектрических конденсаторов, измеренные в результате малосигнальных экспериментов, совпадают с коэффициентами нелинейности, полученными при измерениях СВЧ резонатора при воздействии СВЧ сигнала высокого уровня мощности.

Проведены оценки перегрева сегнетоэлектрических элементов при воздействии СВЧ сигнала повышенного уровня мощности. На основании проведенных экспериментов определены тепловые постоянные времени планарных сегнетоэлектрических конденсаторов. Показано, что основным фактором, ограничивающим возможность сегнетоэлектрических конденсаторов работать без существенной деградации электрофизических свойств при воздействии СВЧ сигнала повышенного уровня мощности, является перегрев элементов.

Проведенные исследования влияния повышенных уровней СВЧ мощности на характеристики двухрезонаторной системы продемонстрировали возможность работы при импульсной мощности Р<40 Вт без изменения потерь в рабочем диапазоне частот.

Проведены оценки перегрева сегнетоэлектрических конденсаторов, включенных в двухрезонаторную схему, при воздействии мощного СВЧ сигнала. Показано, что наибольшая мощность диссипируется в конденсаторе первого контура. Перегрев пленки сегнетоэлектрика первого конденсатора составляет величину порядка 200 К при падающей мощности Р=40 Вт. Температурный перегрев сегнетоэлектрических конденсаторов за счет диссипации СВЧ мощности приводит к более чем 20% изменению емкости и сдвигу АЧХ двухрезонаторной системы в более высокочастотную область.

Изменение геометрических размеров сегнетоэлектрического конденсатора первого резонансного контура (в двухрезонаторной СВЧ схеме) позволяет уменьшить перегрев и повысить предельный уровень мощности, при котором система способна работать без существенной деградации СВЧ характеристик.

Разработан СВЧ фазовращатель на основе нагруженной микрополосковой линии, в качестве нелинейных элементов которого использованы планар-ные SrTi03 конденсаторы. В диапазоне частот ~10ГГц фазовращатель ш продемонстрировал параметр качества 110 град/дБ при Т=300 К. Потери в фазовращателе не превышали величины 0.5 дБ. Представленная конструкция фазовращателя показала возможность разработки на основе SrTiCb конкурентоспособных электрически управляемых устройств СВЧ диапазона, работающих при Т=300 К, при условии создания повышенных электрических полей в сегнетоэлектрической пленке.

11. Разработаны и исследованы фазовращатели на основе нагруженной мик-рополосковой линии, работающие в диапазоне 30 ГГц. Параметр качества разработанных фазовращателей составил величину 36 град/дБ (непрерывный фазовый сдвиг до 360 град). На основе этих фазовращателей была построена фазированная антенная решетка с электрическим управлением лучом, которая продемонстрировала возможности сканирования луча в пределах ±30 град, при уровне боковых лепестков -10 дБ. Диаграмма направленности антенной решетки составила величину 21 град (при положении луча по нормали к плоскости излучателей) и 26 град (при отклонении луча на максимальные углы).

12. Представлена конструкция СВЧ фазовращателей, способного управлять фазой СВЧ сигнала в диапазоне ~60 ГГц. Интегральный сегнетоэлектрический СВЧ фазовращатель на основе нагруженной линии продемонстрировал параметр качества 22 град/дБ (максимальные потери 10 дБ).

13. Экспериментальные исследования характеристик СВЧ фазовращателей продемонстрировали возможность создания на основе тонких сегнетоэлектрических пленок эффективных электрически перестраиваемых устройств работающих в диапазоне от единиц ГГц до ~60 ГГц, несмотря на возможное существование дисперсии диэлектрической проницаемости в миллиметровом диапазоне длин волн.

Материалы диссертационной работы изложены в семнадцати печатных трудах, опубликованных в научных журналах и тезисах докладов на конференциях:

NATO Advanced Research Workshop on Microwave Physics and Techniques, Sozopol, Bulgaria, 1996.

International Symposiums on Integrated Ferroelectrics (1997-2003).

European Microwave Conference, Jerusalem, Israel, 1997.

International IEEE MTT-Symposium, Baltimore, USA, 1998.

Progress in Electromagnetics Research Symposium, Nantes, France, 1998.

Международная Крымская конференция "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии", Севастополь, Украина, 2001-2003.

IV Международная научно-техническая конференция «Электроника и Информатика - 2002», Зеленоград, Россия, 2002.

Основные результаты диссертационной работы, кратко изложенные ниже, являются новыми научными фактами.

Исследованные сегнетоэлектрические планарные конденсаторы имеют приемлемые электрофизические свойства для проектирования на их основе электрически управляемых устройств в диапазоне частот от единиц до десятков ГГц.

Исследованы СВЧ свойства сегнетоэлектрических SrTiC^ конденсаторов при комнатных температурах. Разработанная четырехэлектродная конструкция планарного конденсатора позволяет создавать в сегнетоэлектрической пленке электрические поля до 100 В/мкм, при этом диэлектрическая нелинейность планарных SrTi03 конденсаторов достигала значений 1.8-2.0 при Т=300 К.

Показана возможность создания сегнетоэлектрических элементов управляемых устройств СВЧ диапазона совместно с высокотемпературными сверхпроводящими материалами (УВагСизОу.х). Исследованные УВагСизОу.х/ЗгТЮз/ЬаАЮз конденсаторы при Т=78 К продемонстрировали управляемость к=2.44 и приемлемые для СВЧ приложений потери (tg5<0.03).

Результаты проведенных исследований продемонстрировали высокое быстродействие тонкопленочных сегнетоэлектрических элементов. Изменение диэлектрической проницаемости тонких пленок SrTi03 происходит за времена меньшие чем 10 нс (при воздействии импульсами напряжения длительностью 100 мс). Результаты измерений конденсаторов на основе гранулированных пленок (Ba,Sr)Ti03 указывают на наличие двух различных механизмов изменения диэлектрической проницаемости (Ba,Sr)Ti03 пленки: быстрое изменение величины диэлектрической проницаемости за время, не превышающее 10 нс, и более медленное, с временем отклика порядка 20 мкс.

Проведенные исследования позволили определить коэффициенты нелинейности сегнетоэлектрических тонкопленочных конденсаторов при воздействии на них амплитуды СВЧ электрического поля. Можно сделать следующий вывод: коэффициенты нелинейности сегнетоэлектрических конденсаторов, измеренные в результате малосигнальных экспериментов, совпадают с коэффициентами нелинейности, полученными в результате измерений при воздействии СВЧ сигнала высокого уровня мощности. Проведены оценки перегрева сегнетоэлектрических элементов при воздействии СВЧ сигнала повышенного уровня мощности. На основании экспериментальных данных были определены тепловые постоянные времени планарных сегнетоэлектрических конденсаторов. Показано, что основным фактором, ограничивающим возможность сегнетоэлектрических конденсаторов работать без деградации параметров при воздействии СВЧ сигнала повышенного уровня мощности, является перегрев элементов. Разработана электрически управляемая двухрезонаторная СВЧ система, содержащая планарные сегнетоэлектрические конденсаторы в качестве нелинейных элементов. Проведенные исследования влияния повышенных уровней СВЧ мощности на характеристики двухрезонаторной системы продемонстрировали ее способность работать без изменения величины потерь в рабочем диапазоне частот вплоть до Р=40 Вт падающей импульсной мощности. Проведены оценки перегрева сегнетоэлектрических конденсаторов, включенных в двухрезонаторную схему при воздействии мощного СВЧ сигнала. Показано, что наибольшая мощность диссипиру-ется в конденсаторе первого контура. Продемонстрировано, что изменение геометрических размеров сегнетоэлектрического конденсатора первого резонансного контура позволяет уменьшить температурный перегрев и повысить способность всей системы работать при высоких уровнях СВЧ мощности без существенного ухудшения СВЧ характеристик. Разработан и исследован СВЧ фазовращатель на основе нагруженной микрополосковой линии, в качестве нелинейных элементов которого использовались планарные ЗгТЮз конденсаторы. В диапазоне частот вблизи 10 ГГц фазовращатель продемонстрировал параметр качества 110 град/дБ при Т=300 К. Потери в фазовращателе не превышали величины 0.5 дБ. Представленная конструкция фазовращателя показала возможность разработки на основе ЭгТЮз электрически управляемых устройств СВЧ диапазона, работающих при Т=300 К.

Разработаны и исследованы фазовращатели на основе нагруженной микрополосковой линии и на основе отражательных секций, содержащих два нелинейных сегнетоэлектрических элемента, работающие в диапазоне 30 ГГц. Параметр качества разработанных фазовращателей составил величину 36 град/дБ (непрерывный фазовый сдвиг до 360 град). На основе этих фазовращателей была построена фазированная антенная решетка с электрическим управлением лучом, которая продемонстрировала возможности сканирования луча в пределах ±30 град, при уровне боковых лепестков -10 дБ. Ширина луча диаграммы направленности антенной решетки составила величину 21 град (при положении луча по нормали к плоскости) и 26 град (при отклонении луча на максимальные углы). Представлены конструкции СВЧ фазовращателей, способных управлять фазой СВЧ сигнала в диапазоне 60 ГГц. Интегральный сегнетоэлектриче-ский СВЧ фазовращатель на основе нагруженной линии продемонстрировал параметр качества 22 град/дБ (максимальные потери 10 дБ).

140

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Настоящая работа посвящена исследованию электрофизических свойств тонких сегнетоэлектрических пленок в СВЧ диапазоне с целью реализации на их основе электрически управляемых СВЧ устройств. В работе представлены результаты исследования малосигнальных СВЧ свойств планарных конденсаторов, сегнетоэлектрические пленки которых были изготовлены различными технологическими методами. В работе проведены исследования времени переключения планарных сегнетоэлектрических конденсаторов при воздействии униполярных импульсов напряжения. Представлены результаты исследований влияния СВЧ сигнала повышенного уровня мощности на диэлектрические характеристики сегнетоэлектрических элементов. Разработаны и представлены конструкции сегнетоэлектрических СВЧ фазовращателей, работающих в диапазоне сантиметровых и миллиметровых длин волн. Разработана фазированная антенная решетка, электрическое управление лучом которой осуществляется с помощью сегнетоэлектрических СВЧ фазовращателей.

На основании экспериментальных исследований и теоретического моделирования были определены: (1) управляемость и диэлектрические потери планарных сегнетоэлектрических конденсаторов, изготовленных различными технологическими методами; (2) времена изменения диэлектрической проницаемости тонких сегнетоэлектрических пленок при воздействии униполярных импульсов напряжения; (3) коэффициенты нелинейности сегнетоэлектрических конденсаторов при воздействии СВЧ сигнала повышенного уровня мощности; (4) температуры перегрева сегнетоэлектрических элементов, работающих при воздействии мощного СВЧ сигнала; (5) максимальные уровни СВЧ мощности, не приводящие к существенной деградации электрофизических свойств сегнетоэлектрических элементов.

1. О.Г.Вендик (ред.). "Сегнетоэлектрики в технике СВЧ". М.: Советское Радио, 1979, с 272

2. K.Bethe, " Uber das Mikrowellenverhalten der Nichtlineare Dielektrika"(in German), Philips Research Reports, Supplement No.2, 1970, pp. 1-145.

3. Di Domenico M., Jonson D., Pantell R. Ferroelectric harmonic generator and the large-signal microwave characteristics of ferroelectric ceramics. // J. Appl. Phys., 1962, v. 33, p. 1697-1705.

4. Vendik O.G., Golman E.K., Kozyrev A.B., Prudan A.M. Ferroelectric tuning of planar and bulk microwave devices. // J.of Superconductivity, 1999, v. 12, N2, p. 325-338.

5. Вендик О.Г., JIooc Г.Д., Тер-Мартиросян JI.T. Разработка планарных сегнетоэлектрических конденсаторов для СВЧ устройств. // Радиотехника и электроника, 1972, т. 17, вып. 10, с. 2241-2244.

6. Авторское свидетельство № 438055 (СССР). Нелинейный планарный конденсатор. Авт. изобретения: О.Г. Вендик, Г.Д. Лоос, Л.Т. Тер-Мартиросян, Ю.Ф. Янченко-Заявл. 13.02.73; Опубл. в Б.И., 1974, № 28, кл. Н 01g. 7/02.

7. Miranda F.A., Mueller C.N., KoepfG.A. Yandrofski R.M. Electrical response of ferroelerctric/ superconducting/ dielectric BaxSri.xTi03/ YBa2Cu307/LaA103 thin-film multilayer structures. // Supercond. Sci Technol., 1995, v. 8, p. 755-763.

8. Дж.Альтман. "Устройства СВЧ", М.:Мир, 1968, с 484

9. А.А.Брандт. "Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах". М.: Издательство Физико-Математической Литературы, 1963.

10. A.Kozyrev, V.Keis, O.Buslov, A.Ivanov, O.Soldatenkov, V.Loginov, A.Taricin, J.Graul. Microwave properties of ferroelectric film planar varactors. // Integrated Ferroelectrics, 2001, Vol. 34, pp. 271-307.

11. A.Kozyrev, V.Keis, V.Osadchy, A.Pavlov, O.Buslov, L.Sengupta. Microwave properties of (Ba,Sr)Ti03 ceramic films and phase-shifters on their base. // Integrated Ferroelectrics, 2001,Vol.34, pp. 189-195.

12. И.Бронштейн. "Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗОВ". М.:Наука, 1980. с 458.

13. К.Филатов. "Введение в инженерную теорию параметрического усиления". М.: Сов.Радио,1971. с 315.

14. В.Фуско. "СВЧ цепи анализ и автоматизированное проектирование". М.: Радио и Связь, 1990. с 231.

15. Прудан A.M., Гольман E.K., Козырев А.Б., КюттР.Н., Логинов B.E. Свойства титаната стронция в многослойной структуре SrTi03 / Се02 / А1203.// ФТТ, 1997, т. 39, в. 5, с. 1523-1529.

16. Прудан A.M., Гольман Е.К., Козырев А.Б., Козлов А.А., Логинов В.Е. Диэлектрическая проницаемость пленочного титаната стронция в составе структуры БгТЮз/ А120з. // Письма в ЖТФ, 1998, т. 24, вып. 9, с. 8-12.

17. Прудан A.M., Гольман Е.К., Козырев А.Б., Козлов А.А., Логинов В.Е., Земцов А.В. Влияние отжига на диэлектрическую проницаемость пленочного титаната стронция в структуре SrTi03 / AI2O3. // ФТТ, 1998, т.40, №8, с. 1473-1478.

18. Прудан А. М. Планарный СВЧ варактор на эффекте сильного поля в сегнетоэлектрической пленке. // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ» сер. «Физика. Математика. Химия», 2001, вып. 1, с. 26-37.

19. B.Vendik, O.G.Vendik, E.L.Kollberg. Commutation quality factor of two-state switchable devices. // IEEE transactions on MTT. 2000, vol. 45, No.5, pp.802-808.

20. O.G.Vendik, I.B.Vendik, V.O.Sherman. Commutation quality factor as a working tool for optimization of microwave ferroelectric devices. // Integrated Ferroelectrics, 2002, vol. 43, pp.81-89.

21. Vendik, L.Ter-Maritosyan, I.Mironenko., Ferroelectrics materials at microwaves. //Ferroelectrics, vol.144, pp.34-43, 1993.

22. A.B.Kozyrev, T.B.Samoilova, O.I.Soldatenkov, O.Y.Buslov, E.K.Hollmann,

23. D.Galt, et al., IEEE Trans, on Appl. Supercond. Superconductor with ferroelectric measuring resonator. // 1995, vol.5, pp.2575-2578.

24. А.Дедык, Л.Тер-Мартиросян. Сегнетоэлектрические конденсаторы на основе титаната стронция для СВЧ применений. // ФТТ, т.37, №11, стр. 3740-3476.

25. Gait D., Price J., Beall J., Ono R. Characterzation of a tunable thin filmmicrowave УВагСизОу / БгТЮз coplanar capacitor. // Appl.Phys.Lett., 1992,.v. 63, N 22, p. 3078-3080.

26. Иоссель Ю.А., Кочанов Э.С., Струнский М.Г. «Расчет электрической емкости», JL: Энергоиздат. Ленинградское отделение, 1981.- 288 с.

27. И.С.Гоноровский. Нелинейные системы. Преобразование случайных процессов в линейных и нелинейных системах. Борьба с помехами. Сов. Радио, 1967, часть 2, с 365.

28. Зайдель А.Н. Погрешности измерений физических величин. JI. Наука, 1985, с. 112.

29. Х.Кухлинг. "Справочник по физике", М.Мир. 983, с.387.

30. A.B.Kozyrev, V.N.Keis, G.Koepf, R.Yandrovski, O.I.Soldatenkov, * K.A.Dudin, D.P.Dovgan. Ferroelectric thin film materials for microwaveapplications. // Microelectronic Engeneering, 29, 257 (1995).

31. S.Koul, B.Bhat. Microwave and millimeter-wave phase shifters. Artech House, MA, 1993.

32. А.Н. Пузаков, Н.П. Милевский, Г.К. Яковлев. Сравнительная оценка и перспективы развития быстродействующих ферритовых фазовращателей. // Обзоры по электронной технике. ЦНИИ «Электроника», Москва, 1978.

33. Антенны и устройства СВЧ (Проектирование фазированных антенных решеток) под ред. Д.И.Воскресенского. // М.: Радио и Связь, 1981, с 432.

34. O.G.Vendik, "Dielectric Nonlinearity of Displacive Ferroelectrics at UHF", Ferroelectrics, Vol.12, 1976, pp.85-90.

35. F.DeFlaviis, N.G.Alexopoulos. Planar microwave integrated phase shifter design with high purity ferroelectric material. // IEEE transactions on microwave theory and techniques, 1997, vol. 45, No.6, pp. 963-969.

36. G.L.Matthaei, L.Young, E.M.T.Jones "Microwave filters, impedance-matching networks, and coupling structures", McGraw Hill book сотр. 1986.

37. Sigov A.S., Vorotilov K.A., Valeev A.S., Yanovskya M.I. Sol-gel films for integrated circuis. // J. Sol-gel Science and Technology, 1994, v.2, p. 563568.

38. Бойков Ю.А., Пронин И.П., Иванов З.Г., Классон Т. Эпитаксиальные структуры УВагСизОу-а/ (Ba,Sr)Ti03 на подложках кремния и сапфира. // ФТТ, 1996, т. 38, 4, с. 133-139.

39. Miranda F.A., Mueller C.N., KoepfG.A. Yandrofski R.M. Electrical response of ferroelerctric/ superconducting/ dielectric BaxSri.xTi03/ YBa2Cu307/ LaA103 thin-film multilayer structures. // Supercond. Sci Technol., 1995, v. 8, p. 755-763.

40. Дудкевич В.П., Фесенко Е.Г. Физика сегнетоэлектрических пленок, Ростов: изд.-во РГУ, 1979, 190 с.

41. Томашпольский Ю.Я. Пленочные сегнетоэлектрики. М., Радио и связь, 1984, 192 с.

42. Komatsu S., Abe К. Dielectric constant and leakage current of epitaxially grown and polycrystalline SrTi03 films. // Jpn. J. Appl. Phys., 1993, v. 32, 9b, p. 4186-4189.

43. Komatsu S., Abe K. Measurement and thermodynamic analyses of the dielectric constant of epitaxially grown БгТЮз films. // Jpn. J. Appl. Phys., 1993, v. 33, 8B,p.L1157-L1159.

44. Komatsu S., Abe K. Crystallographic orientation dependence of dielectric constant in epitaxially grown БгТЮз films. // Jpn. J. Appl. Phys., 1995, v. 34, 7A, p. 3597-3601.

45. Kozyrev A.B., Hollmann E.K., LoginovV.E. and PrudanA.M. Preparation of SrTi03 films on sapphire substrate by RF magnetron sputtering // Vacuum, 1998, v.5, 2, p. 141-143.

46. Смоленский Г.А., Боков B.A., Исупов B.A., Крайник Н.Н., Пасынков Р.Е., Шур М.С. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики, Наука, М., 1971,476 с.

47. Мироненко И.Г. и др. В кн.: Новые пьезо- и сегнетоэлектрические материалы и их применение / МДНТП, 1969, с. 29.

48. Vendik O.G., Mironenko I.G., Ter-Martirosyan L.T. Some properties and Applications of Ferroelectrics at Microwaves. // Journal de Physique, 1972, v. 33, 4, p. C2 277-280.

49. Findikoglu A.T., Doughty C., Anlage S.M., Qi Li, Xi X.X., Venkatesan T. Effect of dc electric field on the effective microwave surface impedance of YBa2Cu307/SrTi03/ YBa2Cu307 trilayers. // Appl. Phys. Lett., 1993, v.63, 23, p. 3215-3217.

50. Irina B. Vendik, Orest G. Vendik, and Erik L. Kollberg. Commutation Quality Factor of Two-StateSwitchable Devices // IEEE Transactions on MTT, Vol. 48, No. 5, May 2000, pp. 802-808.

51. Alexander Tagantsev. dc-electric-field-induced microwave loss in ferroelectrics and intrinsic limitation for the quality factor of a tunable component. // Applied Physics Letters, Vol.76, No.9, 2000, pp.1182-1184.

52. O.G.Vendik, E.K.Hollmann, A.B.Kozyrev, and A.M.Prudan. Ferroelectric Tuning of Planar and Bulk Microwave Devices. // Journal of Superconductivity, Vol. 12, No. 2, 1999.

53. Peter Kr. Petrov and Erik F. Carlsson. Improved SrTi03 multilayers for microwave application: Growth and properties. // J. of Appl. Phys., Vol.84, No.6, 15 SEPTEMBER, 1998, pp. 3134-3140.

54. T. Tambo, K. Maeda, A. Shimizu, and C. Tatsuyama. Improvement of electrical properties of epitaxial SrTi03 films on Si by in situ annealing. // J. of Appl. Phys., Vol.86, No.6, 15 SEPTEMBER, 1999, pp. 3213-3217.

55. О.Вендик, М.Никольский, О.Гашииова. Потери в электродах на СВЧ в распределенных и сосредоточенных элементов на основе сегнетоэлектриков. // Письма в ЖТФ, т.29, вып.4, 2003, стр. 5-13.

56. О.Вендик, М.Никольский. Учет нелинейности сегнетоэлектрического слоя в модели планарного конденсатора. // Письма в ЖТФ, т.29, вып.5, 2003, стр. 20-29.

57. J.F.White. Diode Phase Shifters for Array Antennas. // IEEE Transactions on MTT, Vol.22, No.6, 1974, pp. 658-674.

58. R. P. Hsia, W.-M. Zhang, C. W. Domier, and N. C. Luhmann, Jr. A Hybrid Nonlinear Delay Line-Based Broad-Band Phased Antenna Array System. // IEEE Microwave and guided wave letters, Vol.8, No.5, 1998, pp. 182-184.

59. Y.Boikov, B.Goltsman, V.Yarmarkin, V.Lemanov. Slow capacitance relaxation in (BaSr)Ti03 thin films due to the oxygen vacancy redistribution. // Applied Physics Letters. 2001, Vol.78, No.24, pp.3866-3868.

60. G.Subramanyam et al. A ferroelectric tunable microstrip lange coupler for K-band applications. // International Microwave Symposium Digest, Boston, 2000, pp.2004-2007.

61. I.Vendik, O.Vendik et al. Performance limitation of a tunable resonator with a ferroelectric capacitor. // International Microwave Symposium Digest, Boston, 2000, pp.2136-2140.

62. B.Jaganmohan, P.Dharmesh, et al. Voltage-controlled ferroelectric lens phased array. // IEEE Transactions on antennas and propagation, vol. 47, no.3, 1999, pp.458-460.

63. J.Lee, J.Cho, et al. New compact bandpass filter using microstrip У Л resonators with open stub inverter. // IEEE Microwave and guided wave letters, vol.10, no. 12, 2000, pp.526-527.

64. Tumarkin A., Loginov V.E., Gaidukov M.M., Buslov O.U., Prudan A.M. STO ferroelectric films for microwave applications at room temperature //iL

65. Proceedings of 13 International Symposium on Integrated Ferroelectrics, f March. 11-14, 2001, Colorado Springs, Colorado USA, p.304.

66. Keis V.N., Kozyrev А.В., Khazov M.L., Sok J., Lee J. 20 GHz tunable filter based on ferroelectric (Ba,Sr)Ti03 film varactors. // Electronic Letters, v. 34, 11, p. 1107-1109.

67. Вендик О.Г., Тер-Мартиросян JI.T. Электрострикционный механизм СВЧ потерь в планарном конденсаторе на основе пленки титаната стронция // :ЖТФ, 1999, т. 69, вып. 8, с. 93-99.

68. Tagantsev А.К. DC-electric-fild-induced microwave loss in ferroelectrics and intrinsic limitation for the quality factor of a tunable component. // Appl. Phys. Lett., 2000, v. 76, 9, p. 1182-1184.

69. Борисовский K.E., Дедык А.И., Прудан A.M. Размерный эффект электрокалорического охлаждения структур на основе титаната стронция. // ФТТ, 1992, т. 34, вып. 6, С. 1692-1661.выделены статьи автора диссертации.