(MOCVD) oxidischer Dönnschich ten aus dem Materialsystem Barium

18 2 Grundlagen
Permittivität bei geringen dielektrischen Verlusten. In der nachfolgenden Formel wird
dieser Kompromiss ausgedrückt:
�C
fom �
tan�
Mit fom ist ‚figure of merit’ gemeint, �C ist die relative Differenz zwischen Maximumund
Minimumkapazität über der angelegten Spannung (tunability). Weitere Vorteile der
Ferroelektrika bestehen in geringen Schaltzeiten und geringem Rauschen. Der Einsatz
dünner Filme erlaubt eine Gleichfeldansteuerung mit kleinen Spannungen im Vergleich
zu dicken Filmen bzw. Keramiken, obwohl man das Problem der höheren Verluste noch
lösen muss [41]. Ihre Ursachen werden in mechanischem Stress bedingt durch das
Substrat gesehen. Zudem besitzen dünne Filme gegenüber dicken Filmen auch
geringere relative Dielektrizitätskonstanten. Auch für Millimeter- und Mikrometer-
Wellenlängen ist das bereits dargestellte BST primärer Kandidat bei
Betriebstemperaturen vergleichbar der Raumtemperatur. In Form eines
Kodensatorelementes hat BST (oder mögliche Alternativ-Systeme) enorme Vorteile
hinsichtlich der Integrationskosten für MMICs 6 . Für Phasenschieberanwendungen sind
derartige Systeme bereits publiziert worden [42] [43].
2.1.3 Das Mischphasensystem BaTiO3 – BaZrO3
Veränderung der dielektrischen Eigenschaften ferroelektrischer Materialien können
sowohl durch Dotierung als auch durch Erzeugung sogenannter Mischphasensysteme 7
herbeigeführt werden. Bei Mischphasen handelt es sich um Systeme, die durch
isovalente Besetzung von Gitterplätzen strukturell modifiziert werden. Dotierungen
zielen auf eine Heterovalenz ab; das substituierende Atom hat relativ zum regulären
Gitteratom eine andere Ladung auf diesem Untergitterplatz. Für perovskitische
Materialien weiß man, dass bei der Substitution von A-Plätzen bevorzugt große Ionen,
die bezogen auf das Wirtsgitter geringere Valenzen besitzen, eingebaut werden; für die
entgegengesetzten Eigenschaften wird der B-Platz bevorzugt [44]. Isovalente
Mischkristalle unterscheiden sich von dotierten Materialien auch durch die Menge an
substituierten regulären Atomen; die extrinsisch eingebrachte Zahl an Atomen ist
deutlich größer (typisch > 5 at%). In der Halbleiterphysik und -industrie wendet man
die Technik zur Beeinflussung von dominantem Typ und Konzentration elektronischer
Ladungsträger und damit zur Modifikation der elektrischen Leitfähigkeit an.
Wesentliche nachgewiesene Dotierungseffekte in Perovskiten sind die Beeinflussung
von Leckströmen in paraelektrischen (Ba,Sr)TiO3-Filmen (siehe Kapitel 2.1.2) oder die
Reduzierung der Schaltzeiten und Erniedrigung der dielektrischen Verluste in
6 MMIC: monolithic microwave integrated circuit
7 engl.: solid solution
(2.9)