A2CoNbO6(A=Ca,Ba,Sr)巨介電行為及其與載流子輸運狀態(tài)的關(guān)系.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、高介電材料是信息存儲器件大容量和微型化的基石,因而成為當今信息社會的迫切需求之一。傳統(tǒng)的高介電材料是以BaTiO3為代表的鐵電體和以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3為代表的弛豫鐵電體,但這類材料不僅含有Ba、Pb等環(huán)境不友好元素,而且其高介電性能溫度穩(wěn)定性差,不適合技術(shù)應用。本世紀初在以CaCu3Zi4O12為代表的復合鈣鈦礦材料中發(fā)現(xiàn)在室溫附近較寬的溫度和頻率范圍內(nèi)能平穩(wěn)地保持一個巨大的介電常數(shù)(104~105),這種特性被稱為巨介電

2、行為。由于巨介電特性正是技術(shù)應用所夢寐以求的,因而,引起了人們對這一介電行為的廣泛重視。最近,在雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料系統(tǒng)中也發(fā)現(xiàn)了的巨介電行為,除了巨介電性能外,雙鈣鈦礦陶瓷材料還表現(xiàn)出優(yōu)良的電學和磁學等性能,這使得雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料迅速成為介電研究的重點材料之一。
   本文以A2CoNbO6(A=Ca,Ba,Sr)雙鈣鈦礦陶瓷為研究對象,對其介電性能進行了系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明A2CoNbO6(A=Ca,Ba,Sr)巨介電性能并不是

3、由單一的介電弛豫過程構(gòu)成,而是由多個弛豫過程構(gòu)成的;由于Co元素易揮發(fā)性,Co基雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料中Co空位和氧(O)空位并存,樣品的巨介電性能取決于空穴(由Co空位產(chǎn)生)和電子(由O空位產(chǎn)生)的相互競爭。具體研究結(jié)果表述如下:
   A.樣品的低溫(90~330K)介電性能
   Ba2CoNbO6(BCNO)樣品巨介電性能包含兩個熱激活弛豫過程貢獻;低溫度區(qū)介電弛豫是由于空穴自陷引起的極化子弛豫,高溫度區(qū)介電弛豫是由于

4、O空位跳躍受到晶界阻擋并在此積累引起的界面(Maxwell-Wagner,MW)弛豫;并且低溫度區(qū)和高溫度區(qū)弛豫對巨介電效應的貢獻分別為3/4和1/4。Ca2CoNbO6(CCNO)樣品表現(xiàn)出兩個熱激活弛豫過程,低溫度段和高溫度段介電弛豫激活能分別為0.13eV和0.37eV;低溫度段介電弛豫被證實是由空穴跳躍引起的極化效應,高溫度段介電弛豫起源于O空位和Co空位形成的缺陷偶極子極化。
   Sr2CoNbO6(SCNO)樣品巨

5、介電行為由三個熱激活弛豫過程貢獻。在低溫區(qū),載流子(空穴)處于凍結(jié)狀態(tài),對電導的貢獻比較微弱,因而表現(xiàn)出近常數(shù)損耗(NCL)現(xiàn)象,同時凍結(jié)載流子產(chǎn)生類鐵電極化,引起低溫MW弛豫。當溫度升高到足夠高時,載流子可以在不同的束縛位之間跳躍,表現(xiàn)普適介電響應(UDR)規(guī)律,且伴隨著極化子弛豫發(fā)生。在接近室溫的高溫區(qū),載流子長程輸運對電導有較大的貢獻,同時載流子跳躍運動會受到各種界面的阻擋并在此積累引起界面弛豫,即室溫附近MW弛豫。
  

6、 B.樣品的高溫(330~550K)介電性能
   A2CoNbO6(A=Ca,Ba,Sr)樣品在室溫以上的高溫區(qū)表現(xiàn)為兩個德拜弛豫和一介電反?,F(xiàn)象。較低溫度的介電弛豫是O空位跳躍受到接觸勢壘阻擋引起的MW弛豫;較高溫度的介電弛豫是O空位一次電離引起的;介電反?,F(xiàn)象是由于高溫區(qū)域載流子處于自由狀態(tài),因而引起巨大的電導響應,介電行為從由弛豫為主要貢獻的區(qū)域轉(zhuǎn)變成電導為主要貢獻的區(qū)域,且自由載流子引起負電容現(xiàn)象,從而導致介電反?,F(xiàn)象

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