| Journal: | Facultad de Ingeniería - Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia |
| Database: | PERIÓDICA |
| System number: | 000441677 |
| ISSN: | 0121-1129 |
| Authors: | Marulanda Bernal, José Ignacio1 Gallo Castrillón, Wilson Henry1 Mosquera Palacio, Diana Marybel1 |
| Institutions: | 1Universidad EAFIT, Medellín, Antioquia. Colombia |
| Year: | 2020 |
| Season: | Ene-Mar |
| Volumen: | 29 |
| Number: | 54 |
| Country: | Colombia |
| Language: | Inglés |
| Document type: | Artículo |
| Approach: | Experimental, aplicado |
| Spanish abstract | El presente trabajo se centra en la caracterización estructural, morfológica y dieléctrica de películas de titanato de bario (BTO o BaTiO3 por su fórmula química) depositadas mediante la técnica que proporciona recubrimiento por medio de un sistema de rotación (spin coating) sobre substratos de silicio cristalino (Si) y resonadores CPW a través del método Sol-Gel, utilizando una relación molar Ba/Ti de 0.5/0.5. Las guías de ondas se fabricaron sobre substratos de alúmina (Al2O3) con 3 μm de metalización en oro (Au) empleando la técnica de ablación láser. La microscopia electrónica de barrido (SEM) con espectrometría de dispersión de energía de rayos X (EDS) permitió evidenciar la existencia de una película de BTO con una composición elemental de 14.62 % de bario y 5.65 % de titanio, además de un espesor de 0.77 μm medido utilizando la modalidad perfilométrica de la microscopia de fuerza atómica (AFM). La caracterización dieléctrica se llevó a cabo mediante la comparación de la respuesta en frecuencia (parámetro S21) de un resonador CPW con película de BTO depositada y otro resonador de referencia (sin película) usando un analizador vectorial de red (VNA). Estas medidas se comparan a su vez con simulaciones computacionales para obtener las propiedades dieléctricas. Para la película de BTO se determinó una constante dieléctrica relativa (ɛr) de 160 con tangente de pérdida (Tandδ) de 0.012 para una frecuencia de 3.60 GHz. La constante dieléctrica y la propiedad ferroeléctrica del material elaborado son características bastante promisorias para aplicaciones en circuitos de microondas, tales como miniaturización y sintonizabilidad |
| English abstract | The present work focuses on the structural, morphological and dielectric characterization of barium titanate films (BTO or BaTiO3 due to its chemical formula) deposited by spin coating on crystalline silicon (Si) substrates and CPW resonators using the Sol-Gel technique with a Ba/Ti molar ratio of 0.5/0.5. The coplanar waveguides were manufactured on alumina substrates (Al2O3) with 3 μm of gold (Au) metallization using the laser ablation technique. The scanning electron microscopy (SEM) with X-ray energy dispersion spectrometry (EDS) showed the existence of a BTO film with an elementary composition of 14.62% barium and 5.65% titanium, with a thickness of 0.77 μm measured using the profilometric mode of the atomic force microscopy (AFM). Dielectric characterization was carried out by comparing the frequency response (parameter S21) of a CPW resonator with deposited BTO film and another reference resonator (without film) using a network vector analyzer (VNA). These measurements are compared in turn with computational simulations to obtain the dielectric properties. For the BTO film a relative dielectric constant (ɛr) of 160 was determined with a loss tangent (Tandδ) of 0.012 for a frequency of 3.60 GHz. The dielectric constant and the ferroelectric property of the material produced are quite promising for applications in microwave circuits, such as miniaturization and tuning |
| Portuguese abstract | O presente trabalho centra-se na caracterização estrutural, morfológica e dielétrica de películas de titanato de bário (BTO ou BaTiO3 por sua fórmula química) depositados mediante a técnica que proporciona recobrimento por meio de um sistema de rotação (spin coating) sobre substratos de silício cristalino (Si) e ressonadores CPW mediante a técnica Sol-Gel, utilizando uma relação molar Ba/Ti de 0.5/0.5. As guias de ondas fabricaram-se sobre substratos de alumina (Al2O3) com 3 μm de metalização em ouro (Au) empregando a técnica de ablação laser. A microscopia eletrônica de varredura (SEM) com espectrometria de dispersão de energia de raios X (EDS) permitiu evidenciar a existência de uma película de BTO com uma composição elementar de 14.62 % de bário e 5.65 % de titânio, ademais de uma espessura de 0.77 μm medido utilizando a modalidade perfilométrica da microscopia de força atômica (AFM). A caracterização dielétrica levou-se a cabo mediante a comparação da resposta em frequência (parâmetro S21) de um ressonador CPW com película de BTO depositada e outro ressonador de referência (sem película) usando um analisador vectorial de rede (VNA). Estas medidas comparam-se a sua vez com simulações computacionais para obter as propriedades dielétricas. Para a película de BTO determinou-se uma constante dielétrica relativa (ɛr) de 160 com tangente de perda (Tandδ) de 0.012 para uma frequência de 3.60 GHz. A constante dielétrica e a propriedade ferroelétrica do material elaborado são características bastante promissoras para aplicações em circuitos de micro-ondas, tais como miniaturização e sintonizabilidade |
| Disciplines: | Ingeniería, Química |
| Keyword: | Ingeniería de materiales, Química analítica, Titanato de bario, Constante dieléctrica, Ferroeléctricos, Películas delgadas, Sol-gel, Tangente de pérdida |
| Keyword: | Materials engineering, Analytical chemistry, Barium titanate, Dielectric constant, Ferroelectrics, Loss tangent, Sol-gel, Thin films |
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