臺灣博碩士論文加值系統

本論文研究兩種不同的陶瓷樣品，分為塊體和薄膜。首先分析(1-x)TiO2-xSrTiO3 (x=0~0.1)製備之塊體樣品，研究在不同的混和比例下的塊體之介電特性與物理特性；第二種以(1-x)TiO2-xCaTiO3(x=0.05)樣品製成薄膜樣品進行分析，研究在不同氣體比例之濺鍍條件下微波介電性質特性之變化。
塊體材料的製作使用固態反應法來製備其樣品，將二氧化鈦(TiO2)摻雜鈦酸鍶(SrTiO3)，以固定的煆燒溫度1200℃，在不同的燒結溫度1250℃及1350℃下，製備兩組樣品。使用網路分析儀以柱狀共振技術量測微波介電特性並使用阿基米德量測法量測及演算出物理特性。量測之結果顯示在x=0.1及燒結1350℃燒結溫度下有最佳的材料特性。量測結果亦顯示在室溫25℃下，介電常數為100，介電損耗為1.95×10-3。也可發現隨著摻雜的比例的提高，介電特性有所改善。而透過阿基米德量測法可以發現，x=0.1燒結1350℃時塊體樣品之密度也最高。而在x=0.01燒結1250℃時有最低之密度。使用XRD(X-Ray Diffraction, XRD)分析可發現在1350℃燒結溫度時有最強烈之峰值。亦可發現隨著摻雜量比例提高，繞射強度也逐漸增加。
薄膜的陶瓷材料樣品之製作是以反應性射頻磁控濺鍍法製備(x=0.05)之薄膜。濺鍍條件為在不同氬氣(Ar)和氧(O2)之相對比例下，以在濺鍍功率200w、濺鍍壓力1.1-2、濺鍍時間5小時、基板加熱溫度300℃下製備薄膜，薄膜樣品透過網路分析儀以共振腔擾動技術探討在不同氣體比例下薄膜之微波介電特性。

This paper describes two different ceramic samples, which are the bulk samples and thin films. The bulk samples have the compostions of (1-x)TiO2-xSrTiO3 ,with different mixing ratios of x=0~0.1 to study the dielectric properties and physical properties. The thin films have the compostions of (1-x)TiO2-xCaTiO3 with x=0.05. The microwave dielectric properties of thin films are analyzed under different gas ratio for sputtering conditions were studied.
The bulk material was prepared using the solid-state reaction method to fabricate samples composing of two materials, titanium dioxide (TiO2) and strontium titanate (SrTiO3), under a fixed firing temperature of 1200°C, and different sintering temperatures of 1250°C and 1350°C. Two groups of samples of different sintering temperatures are measured by a network analyzer to obtain the microwave dielectric properties with cylindrical resonance technology. The Archimedes measurement method is adopted calculate the physical properties. From the measurement results, it can be found that the dielectric properies have a better performance with the group of 1350°C sintering temperature.
A (x=0.1) dielectric constant of 100 and dielectric loss of 1.95×10-3 are obtained at room temperature. The dielectric constant also increases as the doping ratio increased. The Archimedean measurement shows that at x=0.1 the samples with 1350°C sintering temperature have the highest density, and at x=0.01and 1250°C sintering temperature the samples have the lowest density .
From XRD,(X-Ray Diffraction) analysis, the highest peak also happens at x=0.1 and 1350°C. As the doping ratio increased, the diffraction intensity is also increased.
The ceramic material samples of the thin films ware prepared by the reactive radio frequency magnetron sputtering (PVD) method by changing the concentration of argon (Ar) and oxygen (O2) at the doping ratio x=0.05 under 200w sputtering power, 1.1-2.0 torr sputtering pressure, 5 hours sputtering time, and 300°C substrate heating temperature. Samples are measured by the resonant cavity perturbation technique through a network analyzer to analyze the dielectric properties of the film with different gas ratios.

摘要......i
Abstract......iii
誌謝......v
目錄......vi
表目錄......ix
圖目錄...xi
第一章 緒論......1
1-1 前言......1
1-2研究動機與目的......1
1-3論文架構......2
第二章 基礎理論......3
2-1 介電理論......3
2-1-1 介電原理......3
2-1-2 極化機制......6
2-1-3 介電損失......10
2-2 介質共振器......11
2-2-1 介質共振模態......13
2-2-2 介質共振模態與理論......17
2-3 品質因數......20
2-4 微波測量技術......24
2-4-1 柱狀共振技術......24
2-4-2 共振腔擾動技術......27
2-5 塊體製作......30
2-5-1 固態反應法與機構......30
2-5-2 固態反應法之優缺點......31
2-5-3 燒結機構......31
2-6 薄膜製作......31
2-6-1 磁控的濺鍍原理......32
2-6-2 薄膜成長的機制......35
第三章 實驗方法......36
3-1 陶瓷的粉末介紹......36
3-1-1 二氧化鈦......36
3-1-2 鈦酸鍶......40
3-1-2 鈦酸鈣......41
3-2 (1-x)TiO2-xSrTiO3塊材製備......42
3-2-1 塊材製備流程......42
3-2-2 塊材介電測量分析......44
3-3 (1-x)TiO2-xCaTiO3薄膜製作......47
3-3-1 薄膜實驗方法......47
3-3-2 粉靶的製作......47
3-3-3 基板清洗方法......48
3-3-4 薄膜沉積......48
3-3-5 定義共振頻率......51
3-3-6 樣品校正......52
3-3-7 薄膜介電測量分析......52
3-4 量測儀器介紹......54
3-4-1 X光繞射分析......54
3-4-2場發射掃描式電子顯微鏡......56
3-4-3密度與空隙率測量......58
3-4-4網路分析儀......59
第四章 結果與討論......61
4-1 不同燒結溫度對(1-x)TiO2-xSrTiO3塊材之影響......61
4-1-1 晶體結構XRD分析......61
4-1-2 密度、孔隙率分析......63
4-1-3 介電性質(Dielectric properties)分析......64
4-1-4 小結......65
4-2 不同燒結溫度對(1-x)TiO2-xCaTiO3薄膜之影響......67
4-2-1 晶體結構與表面分析......67
4-2-2 介電特性分析......76
4-2-3 小結......77
第五章 結論與未來研究......97
5-1 (1-x)TiO2-xSrTiO3(x=0~0.1)塊材......97
5-2 (1-x)TiO2-xCaTiO3(x=0.05)薄膜......97
5-3未來研究......98
參考文獻......99
Extended Abstract......102

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