共摻雜二氧化鈦基高介電陶瓷的物性研究.pdf

1、高介電材料廣泛應(yīng)用于電容器、存儲(chǔ)器、濾波器、諧振器等電子元器件中，是電子元器件高性能化和尺寸小型化的重要基礎(chǔ)。通常在一種介電材料中同時(shí)實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)高、介電損耗低、溫度穩(wěn)定性好和耐擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高的優(yōu)異性能指標(biāo)是一項(xiàng)充滿挑戰(zhàn)的任務(wù)，因而對(duì)高介電材料的探索長(zhǎng)期以來(lái)一直是國(guó)內(nèi)外新材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
　　近年澳大利亞國(guó)立大學(xué)課題組報(bào)道了(Nb，In)共摻雜TiO2陶瓷材料優(yōu)異的高介電性質(zhì)，介電常數(shù)可以達(dá)到104量級(jí)，而介電損耗低于5％，溫度穩(wěn)

2、定性較好，即介電常數(shù)在80 K至450 K的溫度范圍內(nèi)變化較小。該課題組還提出高介電性起源于電子釘扎缺陷偶極子效應(yīng)。在隨后的跟蹤研究中，西安交通大學(xué)的課題組也制備了(Nb，In)共摻雜TiO2陶瓷材料，并且指出此類材料的高介電性應(yīng)該是源于材料的內(nèi)阻擋層電容效應(yīng)，而非所謂的電子釘扎缺陷偶極子效應(yīng)。作者所在課題組對(duì)(Nb，In)共摻雜TiO2陶瓷材料的高介電性的起源展開(kāi)了一些研究，并成功地制備出了綜合性能比較優(yōu)異的陶瓷材料。
　　在上

3、述研究背景下，作者利用改良的固相反應(yīng)法制備了若干系列的共摻雜TiO2陶瓷樣品，探討了燒結(jié)條件、退火處理和共摻雜組合對(duì)高介電性質(zhì)的影響。
　　一、制備了一系列不同燒結(jié)溫度的組分為(Nb0.5In0.5)0.01Ti0.99O2的陶瓷樣品，系統(tǒng)地考察了微觀結(jié)構(gòu)和介電常數(shù)、介電損耗、耐擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度等性質(zhì)。退火處理后的陶瓷樣品的介電常數(shù)呈現(xiàn)大幅下降，晶界電阻增大，絕緣性得以提高，介電損耗大幅度降低。陶瓷樣品的介電常數(shù)隨燒結(jié)溫度的變化較為明

4、顯;當(dāng)燒結(jié)溫度較低時(shí)，陶瓷樣品的介電常數(shù)較小，介電損耗較大。當(dāng)燒結(jié)溫度條件為1400℃、退火溫度為800℃時(shí)，陶瓷樣品的介電常數(shù)可以達(dá)到11000左右，介電損耗可以保持在5％以下;而當(dāng)燒結(jié)溫度升高至1450℃時(shí)，介電常數(shù)會(huì)有所下降，介電損耗也會(huì)有所增加。退火處理后的陶瓷樣品耐擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度也達(dá)到了較高的水平。介電溫譜的測(cè)試結(jié)果顯示，陶瓷樣品的高介電性隨溫度的變化較小。由此可見(jiàn)，燒結(jié)溫度和退火溫度對(duì)樣品的介電性能有重要的影響。
　　二

5、、制備了組分為(Sb05In0.5)xTi1-xO2和(Ta0.5In0.5)xTi1-xO2的陶瓷樣品（式中x=0.01、0.03、0.05、0.10），研究了五價(jià)元素?fù)诫s對(duì)共摻雜TiO2陶瓷的高介電性質(zhì)的影響。通過(guò)對(duì)退火處理后的陶瓷樣品的介電頻譜的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻雜量較低、在退火溫度為780℃時(shí)，這兩種陶瓷樣品都展現(xiàn)出優(yōu)異的高介電性，即介電常數(shù)都可以保持在104量級(jí)，介電損耗也能控制在5％以下。對(duì)復(fù)阻抗譜的測(cè)試表明，退火處理可使陶瓷樣

6、品的晶界電阻大幅提高，絕緣性得到了很大的改善。對(duì)I-V曲線的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻雜量較低時(shí)，摻雜這兩種五價(jià)元素的共摻雜陶瓷樣品的耐擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度可以達(dá)到(Nb，In)共摻雜TiO2介電陶瓷的水平。可以判斷，分別實(shí)施了(Sb，In)、(Ta，In)共摻雜的TiO2陶瓷樣品也是綜合性能比較良好的高介電材料。
　　三、制備了組分為(A0.5Nb0.5)0.01Ti0.99O2的陶瓷樣品（式中A代表Sm、Gd、Nd、Dy元素），研究了三價(jià)元素對(duì)共