【摘 要】
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伴随着社会工业信息化的飞速发展,电子器件也日益朝着微型化以及高性能化等方面高速推进,寻找具有优异性能的介电材料成为实现这一目标的关键。一般在实际器件中使用的介电材料需要具备介电常数足够高、介电损耗适当低并且温度/频率稳定性良好等综合优势。而现有的介电材料(铁电钙钛矿类或者非铁电氧化物类)均难以同时具备上述所有的优点,因此寻找新的具有优异性能的介电材料将是一项长期并具有挑战性的任务。有研究人员发现(
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伴随着社会工业信息化的飞速发展,电子器件也日益朝着微型化以及高性能化等方面高速推进,寻找具有优异性能的介电材料成为实现这一目标的关键。一般在实际器件中使用的介电材料需要具备介电常数足够高、介电损耗适当低并且温度/频率稳定性良好等综合优势。而现有的介电材料(铁电钙钛矿类或者非铁电氧化物类)均难以同时具备上述所有的优点,因此寻找新的具有优异性能的介电材料将是一项长期并具有挑战性的任务。有研究人员发现(In+Nb)共掺杂金红石相二氧化钛陶瓷温度/频率稳定性强,介电常数超过104,且样品的介电损耗相当低(<5%)。这种优异的介电性能立即引发了一系列关于TiO2和钛基陶瓷双重掺杂的研究活动。二氧化锡与二氧化钛的晶体结构具有相似性,并且表现出类似的压敏电阻特性。因此我们可以合理地推测,金红石相SnO2中的受体/供体共掺杂也将表现出优异的介电性能。最近,有研究人员报道了(Al+Nb)共掺杂金红石相SnO2陶瓷,其表现出类似于(In+Nb)共掺杂金红石相TiO2的巨介电行为。这两种氧化物之间的介电性质非常相似,这促使我们对(In+Nb)共掺杂金红石相氧化物陶瓷进行详细的研究。基于此,本文以(In+Nb)共掺杂SnO2(INSO),(In+Nb)共掺杂TiO2(INTO)两种金红石相陶瓷材料为研究对象,对相应的陶瓷样品的介电及湿度敏感性能展开了具体的测试和讨论,我们的结论概括如下:(1)(In+Nb)双掺杂二氧化锡陶瓷。(In0.5Nb0.5)xSn1-xO2(INSO,x=0,0.0005,0.001,0.01和0.1)样品粉末通过溶胶凝胶法制备而成。我们具体的研究了这些样品的介电及湿度敏感性能。研究结果表明,存在一个临界掺杂水平xc～0.001,将INSO的介电行为和湿度敏感性能分为两个不同的区域:在x≤xc的区域Ⅰ中,起关键作用的是InSn-OHO·复合偶极子,这种复合偶极子在一定程度上改善了陶瓷样品的介电性能,陶瓷的介电常数随掺杂程度的提高而提高,而样品的湿度敏感性能随着掺杂程度的提高而减弱。在x>xc的区域Ⅱ中,起关键作用的是局域空穴,这种局域空穴导致极化子弛豫,并逐渐削弱介电常数的增强,样品的湿度敏感性能随着掺杂程度的提高而提高,而样品的介电性能随掺杂程度的升高而减弱。(2)(In+Nb)双掺二氧化钛陶瓷。InxNb0.05Ti0.95-xO2(INTO,x=0.05,0.06,0.07 和 0.08)样品粉末由溶胶-凝胶法制备而成。我们详细地探讨了不同的In/Nb原子数比、不同的烧结气氛环境(空气气氛、氧气气氛、氮气气氛)以及样品烧结后进行氧气退火对(In+Nb)共掺杂TiO2陶瓷样品介电性能的影响。我们的研究结果表明,样品的介电常数、温度稳定性及湿度敏感性随In/Nb原子比的增加而显著增加。与空气气氛烧结相比,氧气气氛烧结只降低了样品的介电常数,对介电行为的整体走势影响不大;而氮气气氛下烧结大大提高了样品的介电常数以及温度稳定性。对烧结后的样品进行氧气退火会大大的降低INTO陶瓷样品的介电常数,以及在150 K附近出现的由电子在Ti3+和Ti4+离子间的跳跃引起的介电极化弛豫被消除。
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