Microwave Frequency Characterization of Barium Titanate Films Obtained Via Sol-Gel

espanolEl presente trabajo se centra en la caracterizacion estructural, morfologica y dielectrica de peliculas de titanato de bario (BTO o BaTiO3por su formula quimica) depositadas mediante la tecnica que proporciona recubrimiento por medio de un sistema de rotacion (spin coating) sobre substratos de silicio cristalino (Si) y resonadores CPW a traves del metodo Sol-Gel, utilizando una relacion molar Ba/Ti de 0.5/0.5. Las guias de ondas se fabricaron sobre substratos de alumina (Al2O3) con 3 m de metalizacion en oro (Au) empleando la tecnica de ablacion laser. La microscopia electronica de barrido (SEM) con espectrometria de dispersion de energia de rayos X (EDS) permitio evidenciar la existencia de una pelicula de BTO con una composicion elemental de 14.62 % de bario y 5.65 % de titanio, ademas de un espesor de 0.77 m medido utilizando la modalidad perfilometrica de la microscopia de fuerza atomica (AFM). La caracterizacion dielectrica se llevo a cabo mediante la comparacion de la respuesta en frecuencia (parametro S21) de un resonador CPW con pelicula de BTO depositada y otro resonador de referencia (sin pelicula) usando un analizador vectorial de red (VNA). Estas medidas se comparan a su vez con simulaciones computacionales para obtener las propiedades dielectricas. Para la pelicula de BTO se determino una constante dielectrica relativa (r) de 160 con tangente de perdida (Tan) de 0.012 para una frecuencia de 3.60 GHz. La constante dielectrica y la propiedad ferroelectrica del material elaborado son caracteristicas bastante promisorias para aplicaciones en circuitos de microondas, tales como miniaturizacion y sintonizabilidad. EnglishThe 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 m 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 m 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 (r) of 160 was determined with a loss tangent (Tan) 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. portuguesOpresente trabalho centra-sena caracterizacao estrutural, morfologica edieletrica de peliculas de titanato de bario (BTO ouBaTiO3por suaformula quimica) depositados mediante a tecnica que proporciona recobrimento por meio de umsistema de rotacao(spin coating) sobre substratos de silicio cristalino (Si) eressonadores CPW mediante a tecnica Sol-Gel, utilizando uma relacaomolar Ba/Ti de 0.5/0.5. As guias de ondas fabricaram-sesobre substratos de alumina (Al2O3) com3 m de metalizacaoemouro (Au) empregando a tecnica de ablacaolaser. Amicroscopia eletronica de varredura(SEM) comespectrometria de dispersao de energia de raios X (EDS)permitiuevidenciar a existencia de uma pelicula de BTO comuma composicao elementarde 14.62 % de bario e5.65 % de titânio, ademais de umaespessurade 0.77 m medido utilizando a modalidadeperfilometrica da microscopia de forca atomica (AFM). Acaracterizacao dieletrica levou-sea cabo mediante a comparacao da resposta emfrequencia (parâmetro S21) de umressonador CPW compelicula de BTO depositada eoutro ressonador de referencia (sempelicula) usando umanalisador vectorial de rede(VNA). Estas medidas comparam-sea suavez comsimulacoes computacionais para obter as propriedades dieletricas. Para a pelicula de BTO determinou-seuma constante dieletrica relativa (r) de 160 comtangente de perda (Tan) de 0.012 para uma frequencia de 3.60 GHz. Aconstante dieletrica ea propriedade ferroeletrica domaterial elaborado saocaracteristicas bastante promissoras para aplicacoes emcircuitos de micro-ondas, tais como miniaturizacao esintonizabilidade.