CaCu-,3-Ti-,4-O-,12-的巨介電性質(zhì)研究.pdf

1、本論文研究的是類鈣鈦礦材料CaCu3Ti4O12(CCTO)。此材料在低頻下有巨介電常數(shù)(～10,000)，且在相當寬的溫區(qū)(100-400K)內(nèi)介電常數(shù)保持不變，是一種很有應(yīng)用潛力的微電子材料。
　　 CCTO雖然有巨介電常數(shù)，但同時也有較高的介電損耗，作為一種微電子器件的候選材料，設(shè)法降低其介電損耗是很有必要的。根據(jù)CCTO的介電響應(yīng)機制，我們得知CCTO陶瓷由半導電的晶粒和絕緣的晶界組成，因此要降低其介電損耗有兩種途徑：增

2、加晶界電阻或減小晶粒電阻。在降低CCTO介電損耗的研究中，大多是用增加晶界電阻的方法，本文第二章中我們首次提出了用減小晶粒電阻的方法來降低介電損耗。具體實驗方案是以La3+部分替代Ca2+，使更多載流子進入晶粒，增加晶粒的電導率從而使損耗降低。實驗結(jié)果表明摻雜后的CCTO晶粒電阻明顯降低，晶界電阻變化不大，介電損耗明顯降低，且仍保持有巨介電常數(shù)。比如，在La摻雜濃度從0到0.2的范圍內(nèi)，1kHz下介電損耗從0.1下降到0.015，而介電

3、常數(shù)仍能達到3000以上。
　　 CCTO的巨介電響應(yīng)機制一直是人們研究的熱點，目前被廣泛接受的是內(nèi)勢壘層電容器(IBLC)模型，即本論文第三章所提到的單勢壘層電容器(SBLC)模型。本文第三章研究了不同燒結(jié)溫度的CCTO陶瓷樣品。內(nèi)耗和掃描電子顯微鏡結(jié)果表明CCTO陶瓷樣品中存在晶界和亞晶界，而且介電常數(shù)測量顯示CCTO中至少存在兩個介電弛豫過程，因此我們提出用品界亞晶界的雙勢壘層電容器(DBLC)模型來解釋CCTO的介電性質(zhì)

4、。
　　 通常所用的復(fù)阻抗分析方法由于晶界和亞晶界的電阻大小相當，不易把它們區(qū)分開來。我們用復(fù)電模量法清晰的分辨出了晶界、亞晶界、亞晶粒分別對CCTO介電性質(zhì)產(chǎn)生的影響。同時，用DBLC模型分析得出在高頻或低溫下，CCTO的介電常數(shù)由亞晶粒的介電常數(shù)決定；在低頻或中頻下，晶界效應(yīng)對CCTO的巨介電常數(shù)起主要作用。此外，CCTO介電性質(zhì)隨制備條件（燒結(jié)溫度或時間）的不同而變化的原因也得到了合理的解釋?？偠灾?，通過本章的研究我們得

5、出這樣的結(jié)論，低溫Maxwell-Wagner弛豫來源于亞晶粒內(nèi)部空間電荷的極化，高溫Maxwell-Wagner弛豫則來源于晶界和亞晶界的極化效應(yīng)。
　　 隨著科技的發(fā)展，高介電薄膜材料以其獨特的工藝，優(yōu)良的特性在動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)等現(xiàn)代電子器件中起到越來越重要的作用。CCTO薄膜與SrTiO2襯底間有較大的晶格失配，在無緩沖層的情況下，用脈沖激光沉積等方法不能在SrTiO2襯底上制得外延的CCTO薄膜。本論文第四