铁电材料具有优良的介电、压电、铁电、热释电及介电非线性等特性,在诸多领域有着广泛的用途,可用于多种器件如:动态随机存储器、红外传感器及可调微波器件等。特别是其优良的介电非线性特性在微波领域有着极大的应用潜力,如用于电可调振荡器、电可调滤波器以及相控阵雷达中的移相器等。应用于微波的电场可调铁电材料需要有尽可能高的介电常数电场可调性,同时还要有尽可能低的介电损耗。目前有关研究主要集中于SrTiO₃、（Ba,Sr）TiO₃（BST）、（Pb,Sr）TiO₃（PST）等钙钛矿结构材料上。PST具有较高的可调性和相当低的介电损耗,有与BST相似的居里温度可通过改变Sr的含量来调节的特性,与BST不同的是其只具有一个相变点,同时晶化温度较低,能更好的应用于集成器件。当前对PST的研究还处于起步阶段,其性能尤其是薄膜的性能还远未达到实用要求。 本工作采用固相烧结法制备了Mg掺杂的PST陶瓷块材,并以此陶瓷作为靶材采用射频磁控溅射法制备了同成分具有同质缓冲层的薄膜。利用XRD、SEM、6571A型电阻测量仪、Agilent 4294A型阻抗分析仪、TF Analyzer 1000铁电分析仪等多种测试手段对陶瓷块体和薄膜的相结构、结晶性能、表面形貌、介电性能及铁电性能等进行了研究,分析讨论了Mg对陶瓷和薄膜结构及性能的影响。 对采用传统的固相烧结法制备的Mg掺杂PST陶瓷的研究发现,Mg离子掺杂量为x=0.01～0.08,获得了纯四方钙钛矿相的陶瓷,Mg²⁺取代Ti⁴⁺并伴随产生氧空位,同时引起晶胞畸变,当x≤0.02时,Mg²⁺取代Ti⁴⁺使晶胞体积变大;x≥0.02时Mg²⁺引入过量非本征氧空位,晶胞体积随Mg掺入量的增加而减小。Mg离子进入体系降低了晶胞的四方度（c/a）。Mg离子掺杂能够抑制PST晶粒的长大。Mg离子进入体系取代Ti⁴⁺后形成(Mg_Ti^″+V_O^″)型复合缺陷,抑制了Ti⁴⁺的变价,可降低漏电流、介电损耗和介电常数。当掺入量x≥0.05时,Mg离子取代引入过多缺陷,使PST的漏电流和介电损耗增大,在x=0.05处获得最低的漏电流和介电损耗,漏电流为0.2045pA,介电损耗为0.00262,介电常数为238。 确认采用射频磁控溅射法在ITO玻璃基板上制备的Mg掺杂PST薄膜晶化过程