文 献 综 述

随着卫星、雷达、通信等技术的发展，相控阵天线的应用日益广泛。移相器则是相控天线中不可缺少的器件，因此研制出精度高、响应速度快、体积小、重量轻、成本低的移相器，成为提高相控阵天线性能、降低天线成本的关键。目前常用的移相器有铁氧体移相器和半导体移相器。前者体积大、重量大、功耗大、响应速度慢，只能用于无源相控阵天线。后者成本高，且在高频下损耗迅速增大，在相控阵天线应用中具有一定的局限性。而新型的介质移相器具有相应速度快、插入损耗小、工作温区宽、功耗小、质量轻、生产成本低等优点^[1]。

新型介质移相器的介质材料具有块材、厚膜、薄膜三大类。由于薄膜型介质移相器的驱动电压更低、质量更轻、体积更小，因而人们将研究的重点从陶瓷介质移相器转移到薄膜型介质移相器。最新研究表明，某些铋基焦绿石相薄膜材料（如Bi_1.5MgNb_1.5O₇：BMN）具有介电调谐性能（电调谐率为50％@2.0 MV/cm）高^[2]，介电损耗小（约0.002），介电常数适中（~ 86），随温度变化较小（介电温度系数TCC约-500 ppm/K），并且不含易挥发的Zn，薄膜制备相对BZN（Bi_1.5ZnNb_1.5O₇）而言比较容易，重复性较好，因此铋基BMN薄膜材料是一种极有发展前景的微波介电调谐材料^[3-4]。

目前制备薄膜的方法主要有溶胶-凝胶法、磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机化学气相沉积法。磁控溅射技术作为一种新型的物理气相镀膜方式，以溅射率高、基材温度低、膜基结合力好等明显优势，已发展成较为成熟的技术，并广泛运用在诸多领域^[5-6]。磁控溅射法是制备薄膜材料的重要技术之一，溅射沉积薄膜的源材料即为靶材，高质量的靶材是高性能薄膜的关键因素。

1、Bi_1.5MgNb_1.5O₇的结构

研究表明多数BMN材料具有焦绿石型相结构。焦绿石结构分子式可以写为A₂B₂O₆O′，这里A是三价或者是两价的阳离子，而B是四价或者五价的阳离子。焦绿石结构可以看成是萤石（CaF₂）结构原胞失去全部8a位阴离子形成的，焦绿石结构中，阴离子即氧离子由于占位不同，有三个独立的位置，O(1)、O(2)、O(3)分别占据48f、8a、8b三个位置。即6个O占据48f位（x，1/8，1/8）；O(2)也就是8a位则占据了1/8，1/8，1/8的位置，在焦绿石结构中8a位为氧离子缺位；8b是被O′占据，位置是3/8，3/8，3/8，也有人称之为7位氧。其中A、B位离子共同构成面心立方结构，（48f）氧离子处于2个A离子、2个B离子共同构成的四面体中。由于（8a）氧离子空位的存在，（48f）位阴离子必然产生一个平衡位移，从四面体中心向近邻的2个B离子，从而A、B位阳离子在配位多面体中无法同时满足同一对称性（D₃d）。焦绿石结构A位为8配位变形六面体结构，A位阳离子较大，约0.9-1.2 Aring;，处于六角双棱锥位；B位为6配位八面体结构（B₂O₆），B位阳离子较小，约0.6-0.7 Aring;，一般为过渡金属离子。配位体的变形程度决定于四类原子的键合及能平衡特点，一般以(48f)位阴离子的偏移量来表示^[7]。

组成为Bi_1.5ZnNb_1.5O₇的铋基BZN材料具有焦绿石结构，介电常数适中（~150）^[8-9]。但是，BZN薄膜材料调谐率低，要达到一定的调谐率，调谐电场要求很高。但由于这种材料介电损耗很低，各研究机构纷纷开展了BZN薄膜材料的研究^[10]。

与BZN薄膜材料相比，BMN薄膜材料有着更优异的性能。研究发现，在A位，Zn被Mg所取代，BMN薄膜材料具有比BZN薄膜更高的介电调谐率^[11]，介电损耗小（约0.002），介电常数适中（约86），随温度变化较小（介电温度系数TCC约为#8722;500 ppm/K）。由于不含易挥发的Zn，薄膜制备相对BZN材料而言比较容易，重复性较好。BMN铋基焦绿石材料是一种非常有前途的新型微波介质可调材料。

2、磁控溅射原理