巨介電常數(shù)低介電損耗SrTiO3基陶瓷制備與介電響應(yīng)機制研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)尤其是電子和微電子行業(yè)的快速發(fā)展，對電介質(zhì)材料提出了更高的要求，如何提高介電常數(shù)、降低介電損耗和提高溫度和頻率穩(wěn)定性成為電介質(zhì)材料研究的重要目標之一。本論文以 SrTiO3陶瓷作為研究對象，通過非化學(xué)計量比、不同元素摻雜的研究，分析了陶瓷的結(jié)構(gòu)與介電性能的變化關(guān)系，改善了 SrTiO3陶瓷體系的介電性能，獲得了巨介電常數(shù)、低介電損耗以及溫度和頻率穩(wěn)定性良好的介質(zhì)陶瓷材料。
　　通過改變SrTiO3陶瓷中Sr/Ti的值，

2、研究了化學(xué)計量比的變化對陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)和介電性能影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SrTiO3陶瓷中Sr/Ti在0.994到1.004范圍內(nèi)變化，無論Sr/Ti大于1還是小于1，陶瓷的晶粒尺寸均減小?？諝鉄Y(jié)的非化學(xué)計量比SrTiO3陶瓷的常溫介電性能相似，25℃、1 kHz下的介電常數(shù)均在300左右，介電損耗均小于0.01；高溫介電弛豫是由界面極化引起的。在氮氣中1440℃燒結(jié)的SrTiO3陶瓷具有巨介電常數(shù)低介電損耗現(xiàn)象，在25℃、1 kH

3、z下的介電常數(shù)約為47601，介電損耗約為0.0058。巨介電常數(shù)低介電損耗的 SrTiO3陶瓷的介電特性可以歸因于陶瓷中形成[Ti4+·e-V..o Ti4+·e]的缺陷偶極子，電子被Ti4+離子和氧空位(V..o)束縛，導(dǎo)致低介電損耗的產(chǎn)生。
　　氮氣中不同溫度燒結(jié)的Sr0.996TiO3陶瓷的介電性能差異性較大：1400℃燒結(jié)的陶瓷在25℃、1 kHz下的介電常數(shù)約為3639，介電損耗約為0.09，介電性能跟界面極化有關(guān)；而

4、1500℃燒結(jié)時，介電常數(shù)增加到30722，介電損耗減小到0.0042。研究發(fā)現(xiàn)，提高燒結(jié)溫度可以減弱界面極化的作用，改善陶瓷的介電性能。氮氣中1500℃燒結(jié)的Sr1.004TiO3陶瓷在25℃、1 kHz下的介電常數(shù)約為292，介電損耗約為0.002，其高溫介電弛豫與界面極化有關(guān)。
　　SrTiZrxO3和SrCaxTiO3陶瓷的晶粒尺寸隨著Zr或Ca含量的增加而減小?？諝鉄Y(jié)的SrTiZrxO3和SrCaxTiO3陶瓷在25℃

5、、1 kHz下的介電常數(shù)均在300左右，介電損耗均小于0.01，高溫介電弛豫均可由界面極化解釋。氮氣燒結(jié)的SrTiZrxO3陶瓷在25℃、1 kHz下的介電常數(shù)均大于18000，介電損耗均在0.003左右，其介電性能可以認為是[ Ti4+·e-V..o-Ti4+·e]和[V"Sr-V..o]的缺陷偶極子共同作用的結(jié)果。氮氣燒結(jié)的SrCaxTiO3陶瓷在25℃、1 kHz下的介電常數(shù)均在300左右，介電損耗均小于0.01，高溫介電弛豫可歸

6、因于界面極化的作用。
　　SrTi0.99(Al, Zr, Nb)0.01O3陶瓷的晶胞體積隨著摻雜離子半徑的增大而增大。當SrTi0.99(Al, Zr, Nb)0.01O3陶瓷在氮氣中燒結(jié)時，Al的摻雜穩(wěn)定Ti4+離子的價態(tài)， Nb的摻雜促進Ti3+離子的形成，Zr的摻雜穩(wěn)定部分Ti4+離子的價態(tài)?？諝夂偷獨鉄Y(jié)的SrTi0.99Al0.01O3陶瓷以及空氣燒結(jié)的SrTi0.99Zr0.01O3陶瓷在25℃、1 kHz下的介電

7、常數(shù)均在300左右，介電損耗均小于0.01，高溫介電弛豫可以由界面極化來解釋?？諝鉄Y(jié)的SrTi0.99Nb0.01O3陶瓷在25℃、1 kHz下的介電常數(shù)約為4651，介電損耗約為0.05，其介電性能跟氧空位的電離有關(guān)；氮氣燒結(jié)的SrTi0.99Nb0.01O3陶瓷在25℃、1 kHz下的介電常數(shù)約為23601，介電損耗約為0.0051，其介電性能可以認為與[ Ti4+·e-V..o-Ti4+·e]的缺陷偶極子有關(guān)。氮氣燒結(jié)的SrTi

8、0.99Zr0.01O3陶瓷在25℃、1 kHz下的介電常數(shù)約為9723，介電損耗約為0.035，其介電性能與界面極化有關(guān)。
　　對于 Sr0.9775Sm0.015TiO3陶瓷，Sm的摻雜導(dǎo)致陶瓷的晶胞體積減小?？諝鉄Y(jié)的Sr0.9775Sm0.015TiO3陶瓷在25℃、1 kHz下的介電常數(shù)約為9040，介電損耗約為0.04，其介電性能跟氧空位的電離有關(guān)。而氮氣燒結(jié)的 Sr0.9775Sm0.015TiO3陶瓷的介電性能可以