Новое пористое стекло поможет при создании СВЧ-устройств

Химики из России и Германии создали композит на основе титаната бария-стронция, внедренного в поры стеклокерамической матрицы. Полученный материал перспективен для разработки новых сверхвысокочастотных (СВЧ) устройств. Статья опубликована в журнале Materials.

Диэлектрики — вещества, плохо проводящие ток, но способные поляризоваться (явление, связанное со смещением зарядов в материале) под воздействием электрического поля. Сегнетоэлектрики (СЭ) обладают свойствами диэлектриков, но в определенном диапазоне температур демонстрируют самопроизвольную спонтанную поляризацию. Из-за своего нелинейного отклика на электрическое поле сегнетоэлектрические материалы представляют большой интерес для микроволновой электроники. На их основе разрабатывают новые СВЧ устройства, такие как перестраиваемые конденсаторы, управляемые фильтры, фазовращатели для нового поколения антенн, фазированные антенные решетки, используемые в радарах, и так далее.

Одним из способов улучшить функциональные характеристики сегнетоэлектрических материалов является создание на их основе композитов, сочетающих сегнетоэлектрики и линейные диэлектрики. Именно такую систему разработали ученые из Института химии силикатов имени И.В. Гребенщикова, Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» и Университета имени Отто фон Герике в Магдебурге. Им удалось сформировать стеклокерамические пористые структуры на основе железосодержащих стекол и внедрить в них сегнетоэлектрический твердый раствор титаната бария-стронция. Для этого они провели ионный обмен между силикатным стеклом KFeSi и двумя расплавами — LiNO₃ и NaNO₃. Оказалось, что такой метод дает возможность довольно сильно варьировать размер пор, что влияет на эффективность заполнения матрицы титанатом бария-стронция и, как следствие, на электрические характеристики структур. Исследователи сформировали стекла с порами необходимого размера и добились равномерного заполнения матрицы сегнетоэлектрическим наполнителем на необходимую глубину.

«Нам удалось впервые получить стеклокерамические структуры, проявляющие высокую диэлектрическую проницаемость, на основе титаната бария-стронция, внедренного в поры стекломатрицы. Также мы продемонстрировали, что отжиг стеклокерамических композитов в кислородной среде положительно влияет на их свойства. Диэлектрическая проницаемость структур увеличивается вдвое, а потери уменьшаются в два с половиной раза», — подчеркнул один из исследователей, профессор кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрей Тумаркин.