CaCu3Ti4O12材料的摻雜改性研究.pdf

1、隨著微電子器件日益小型化和集成化，高介電常數(shù)材料在微電子產(chǎn)業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景，特別是在大容量電器及動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）中有著重要的應(yīng)用。近幾年，一種立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CaCu3Ti4O12(CCTO)材料因其巨介電性能而受到研究人員的關(guān)注，其介電常數(shù)在室溫下可達(dá)104，并且溫度穩(wěn)定性好，是一種有潛在實(shí)用價(jià)值的新型巨介電常數(shù)材料。但是人們對(duì)其巨介電響應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理至今還存在爭議，而且，較高的介電損耗也限制了其實(shí)用性。因此，尋找一種即

2、能提高CCTO材料的介電常數(shù)又能降低其介電損耗的有效方法是一個(gè)重要的研究課題。
　　由于CCTO介電性能隨制備工藝變化，且重復(fù)性較差，本文采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法合成單相的CCTO。通過改變球磨時(shí)間、預(yù)燒及燒結(jié)溫度等，考察了不同制備工藝條件對(duì)CCTO微觀結(jié)構(gòu)及介電性能的影響，優(yōu)化工藝參數(shù)。
　　在改善介電性能方面，(1)通過MgO對(duì)CCTO進(jìn)行替代摻雜及晶界摻雜，研究發(fā)現(xiàn)MgO摻雜有利于降低燒結(jié)溫度并且促進(jìn)晶粒長大，其晶界摻雜不

3、僅能提高介電常數(shù)（相對(duì)于純的CCTO約一倍），并且能降低低頻下的漏導(dǎo)損耗，在一定程度上起到改善CCTO介電性能的作用。(2)通過Nb2O5對(duì)CCTO進(jìn)行替代摻雜及晶界摻雜，發(fā)現(xiàn)Nb摻雜能有效抑制晶粒的長大，細(xì)化晶粒，其替代摻雜能提高CCTO介電常數(shù)約一個(gè)數(shù)量級(jí)，但同時(shí)介電損耗也相應(yīng)的增加。
　　在Nb摻雜得到高的介電常數(shù)及較高介電損耗的CCTNO陶瓷的基礎(chǔ)上，擬通過對(duì)CCTNO陶瓷晶界摻雜不同劑量的納米SiO2粉，期望通過復(fù)合摻雜

4、的方式在保持其高介電常數(shù)的同時(shí)降低介電損耗特別是漏導(dǎo)損耗。研究表明，Si和Nb的復(fù)合摻雜不僅有利于降低燒結(jié)溫度，促進(jìn)晶粒長大，而且能夠減少氣孔，增強(qiáng)陶瓷的致密度，摻雜后的陶瓷在中高頻的離子松弛極化等滯后損耗均有所減小，僅摻2wt％的SiO2時(shí)低頻下漏導(dǎo)損耗有所減小。另外，發(fā)現(xiàn)在SiO2摻雜量為2wt%時(shí)，CCTNO介電常數(shù)提高了近一倍，約為8×105，介電常數(shù)的增加歸因于晶界處CuO-SiO2液相及微量的玻璃相的作用。
　　以上所