Mn摻雜巨介電材料CaCu3Ti4O12合成及物性研究.pdf

1、高介電材料由于具有特殊物理性能已被廣泛應(yīng)用于制造具有特殊性能的新型器件,具有重大的實用和商業(yè)價值,是當(dāng)前微電子行業(yè)最熱門的研究課題之一。近年來,CaCu3Ti4O12(CCTO)以其良好的綜合性能引起了人們極大的關(guān)注。一般來說,CCTO具有高介電常數(shù)(??104),在較寬溫度范圍具有高熱穩(wěn)定性,從而使其有望在高密度能量存儲、薄膜器件、介電電容器等一系列高新技術(shù)領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。但是關(guān)于其巨介電響應(yīng)的產(chǎn)生機理至今尚存爭論,并且其較大的

2、介電損耗也制約了其實用化。
　　本文采用傳統(tǒng)的固相合成及常壓燒結(jié)的方法制備了CaCu3Ti4-xMnxO12(x=0、1.5、2、2.5、3)材料。通過X射線衍射儀(XRD)、射頻阻抗/材料分析儀和SQUID等測試手段研究了摻雜Mn離子對其晶體結(jié)構(gòu)、介電性質(zhì)及磁學(xué)性質(zhì)的影響。尋求具有介電性能和磁性能的介磁復(fù)合材料,并探索相應(yīng)的物理機制,為此類材料的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　XRD衍射結(jié)果表明:合成的純CCTO樣品在1100oC燒結(jié)

3、,形成完整的立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu),即CCTO相,結(jié)晶完好。摻雜對其結(jié)構(gòu)的影響是復(fù)雜的。低濃度摻雜樣品的主相仍舊是CCTO相,且隨著Mn離子含量的增大,樣品中的雜相成分越來越多。當(dāng)樣品中Mn離子的含量x>2.5時,在常壓下已經(jīng)無法獲得具有CCTO相的CCTO材料。此外,由樣品晶胞參數(shù)隨Mn含量的變化而變化,可以確定有部分Mn離子進入晶格替代了Ti離子。
　　射頻阻抗/材料分析儀測試結(jié)果表明:摻雜Mn離子對CCTO樣品的介電常數(shù)及介電損耗都

4、產(chǎn)生了影響。研究發(fā)現(xiàn):在名義組分為CaCu3Ti2Mn2O12和CaCu3Ti1.5Mn2.5O12樣品中,隨著Mn離子含量增大,'r?減小,介電損耗角的正切值tan增大,這表明在CCTO晶格中引入Mn離子,不利于提高樣品的介電常數(shù)和降低介電損耗。但是,我們發(fā)現(xiàn)隨著Mn離子含量的繼續(xù)增加,即x>2.5時,樣品的介電常數(shù)變化的趨勢恰好與CaCu3Ti2Mn2O12和CaCu3Ti1.5Mn2.5O12樣品的相反。?e
　　SQUID