CaCu-,3-Ti-,4-O-,12-高介電常數(shù)陶瓷材料的研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，微電子器件日益小型化和集成化。因此高介電常數(shù)材料在微電子器件中，特別是在動態(tài)隨即存儲器(DRAM)中有著廣泛的應(yīng)用前景。 近年來一種不尋常的體心立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料CaCU3Ti4O12(CCTO)由于其具有高介電常數(shù)而引起了研究人員的關(guān)注，成為一種有重要實(shí)用價值的新型巨介電常數(shù)材料。它介電損耗比較低，介電常數(shù)卻很高，在常溫、1kHz頻率下達(dá)104，溫度穩(wěn)定性非常好。相對于有類似性質(zhì)的晶界層電容器材料

2、，它的制備工藝簡單，無需在還原氣氛下高溫?zé)Y(jié)使晶粒半導(dǎo)化、再在氧化氣氛下低溫?zé)Y(jié)使晶界絕緣化的兩步驟。相對于導(dǎo)電相，絕緣相復(fù)合高介電材料，它結(jié)構(gòu)簡單，損耗不高。 本論文主要采用固體粉末高溫?zé)Y(jié)法研究了CCTO陶瓷合成與燒結(jié)的過程以及燒結(jié)對介電性能的影響；還系統(tǒng)研究了摻雜Cr2O3及Nb2O5對材料結(jié)構(gòu)和介電性能的影響；并在上述研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行CCTO/PVDF聚合物復(fù)合材料的研究，初步探索復(fù)合材料的制備工藝及介電行為。

3、研究發(fā)現(xiàn)，合成時間和合成溫度都對反應(yīng)進(jìn)程有影響，但合成溫度起著決定性的作用。球磨破碎也會促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，所以在本次實(shí)驗(yàn)中采用在合成工藝與燒結(jié)工藝中間對合成粉體進(jìn)行球磨破碎。燒結(jié)溫度過高或過低會使材料中存在氣孔，導(dǎo)致介電性能下降。結(jié)果表明最佳合成溫度為950℃，保溫12h；理想的燒結(jié)溫度為1100℃，保溫12h。燒結(jié)溫度的升高會提高樣品的致密度及晶粒大小，從而使其介電常數(shù)增大、介電損耗降低。燒結(jié)溫度為1100℃時，1MHz下其介電常數(shù)及介電

4、損耗分別為4165、0.399。 Cr2O3和Nb2O5摻雜的CCTO陶瓷均不會改變材料的體心立方結(jié)構(gòu)。摻雜可以有效抑制晶粒的長大和提高密實(shí)度。摻雜后的陶瓷在一定摻雜量范圍內(nèi)降低陶瓷的介電損耗。當(dāng)Cr2O3摻雜含量為0.4wt％時，1MHz條件下可將樣品的介電損耗由0.782降至0.488，但同時也降低了介電常數(shù)；當(dāng)Nb2O5摻雜含量為0.4wt％的樣品對介電損耗的影響最大，1MHz條件下可將樣品的介電損耗降至0.232。