類鈣鈦礦氧化物CaCu-,3-Ti-,4-O-,12-(CCTO)巨介電常數(shù)的產(chǎn)生機理及摻雜特性.pdf

1、高介電常數(shù)材料是當今微電子行業(yè)熱門研究課題之一，它的應(yīng)用為解決當前半導體器件因尺寸縮小而導致的柵氧層厚度極限問題提供了可能。類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物CaCu3Ti4O12（以下簡稱CCTO）由于異常高的介電常數(shù)和反常的介電特性而引起人們的關(guān)注。CCTO不僅具有很高的介電常數(shù)（達105），而且在相當寬的溫區(qū)內(nèi)（100～400 K）介電常數(shù)保持不變，致使這類材料在高能量密度存儲以及高容量電容器等電子元件的微型化具有重要的應(yīng)用前景。但目前該材料也存

2、在以下不足：（1）、介電損耗較高，使其無法在實際中應(yīng)用；（2）介電性能對制備條件相當敏感，材料穩(wěn)定性不夠好；（3）巨介電常數(shù)產(chǎn)生的機制至今沒有解決，影響對其性能的改進。因此，為改善其介電損耗和結(jié)構(gòu)敏感性，使其在實際中廣泛應(yīng)用，對CCTO高介電常數(shù)的產(chǎn)生機理的研究成為亟待解決的重要問題。
　　 本文采用傳統(tǒng)固相反應(yīng)法制備出CCTO純相陶瓷樣品。針對目前人們廣泛認可卻仍有爭議的CCTO的外秉產(chǎn)生機理，如絕緣晶界和半導晶粒的內(nèi)部阻擋層

3、模型（即IBLC：internal barrier slayers capacitor），樣品與電極接觸的肖特基勢壘耗盡層模型等。我們用不同的分析方法對這些模型作出進一步深入的研究，這些方法包括（1）、改變樣品表面和電極狀態(tài)并進行阻抗譜和介電譜測量和分析；（2）、對樣品進行電壓循環(huán)沖擊處理后，對其進行阻抗譜和介電譜進行研究：（3）、通過Mn摻雜分析其對介電常數(shù)的影響。其中，電壓循環(huán)沖擊處理分析部分是本論文的創(chuàng)新部分和特色所在，由此部分的

4、分析，我們發(fā)現(xiàn)與其它經(jīng)典半導體相比，CCTO有其不同尋常的特性，這可能是引起CCTO巨介電常數(shù)產(chǎn)生的直接原因。
　　 通過阻抗譜分析我們發(fā)現(xiàn)CCTO陶瓷中存在三種不同的非均勻介質(zhì)區(qū)域和極化過程，這三種介質(zhì)區(qū)域分別在不同程度上影響著材料的介電常數(shù)，利用等效電路對阻抗譜進行擬合，計算得到這三種區(qū)域的激活能分別為0.05 eV，0.58 eV和O.49 eV。通過改變電極和對樣品表面進行打磨處理并進行詳細的電性測量，我們得出這三種不同