氧化剂对SrTiO3晶界层陶瓷电容器介电性能的影响

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SrTiO3是一种新型多功能电子陶瓷材料,由于其具有高介电常数、低介电损耗、高耐电压强度、热稳定性好等优点,成为单层片式晶界层电容器主要材料。SrTiO3晶界层陶瓷电容器一般采用固相法制备,包括固相一步法和固相二步法,固相一步法是将SrTiO3晶粒半导化和晶界绝缘化在同一热处理过程中完成的,即SrTiO3前驱体在高温下实现晶粒半导化,在冷却过程中实现晶界绝缘化;固相二步法是先将SrTiO3前驱体在还原性气氛中烧制成半导体瓷片,然后再在瓷片上涂覆含有受主离子的一种或多种金属氧化物浆料,最后在空气或氧化性气氛中进行高温热扩散处理得到绝缘化的SrTiO3瓷片。本论文采用固相二步法制备SrTiO3晶界层陶瓷电容器,主要工作集中在晶界绝缘化这一步,先在SrTiO3半导体陶瓷基片上单双面涂覆35%Bi2O3-(30-x)%Pb3O4-x%Y-25%CuO-10%B2O3(x=0、5、10、15、20、25、30;Y=Li2O、BaO、Al2O3)氧化剂混合浆料,然后将样品置于1120-1150℃的空气或氧气中保温2h,实现晶界绝缘化,之后将样品于600℃下保温0.5 h被覆银电极,最后将样品切割成1 mm*1 mm*0.3 mm尺寸,并使用电化学阻抗分析仪和绝缘电阻测试仪分别测试其介电性能和绝缘电阻。具体研究结果如下:(1)采用双面涂覆氧化剂混合浆料烧制的SrTiO3陶瓷电容器的介电性能的均匀性明显比单面涂覆的好,介电常数由30000-50000提升至45000-60000,介电损耗tgδ<2%。(2)为了研究热扩散温度对SrTiO3陶瓷电容器介电性能的影响,我们在样品上涂覆35%Bi2O3-30%Pb3O4-25%CuO-10%B2O3氧化剂混合浆料,并将其置于1120-1150℃的空气中保温2 h,实验发现,当热扩散条件为1130℃&2 h时,其介电性能达到最佳εr=51000,tgδ<1%。(3)为了进一步研究空气和氧气中SrTiO3陶瓷绝缘化的区别,我们在样品上涂覆35%Bi2O3-30%Pb3O4-25%CuO-10%B2O3氧化剂混合浆料,并将样品分别置于1130℃的空气和氧气中保温2 h,实验发现,氧气中退火处理的陶瓷样品的介电性能略优于空气中的,但是空气中处理后的绝缘电阻大于氧气中的,此时绝缘电阻为几十个GΩ,因此后续实验是均在空气中绝缘化处理。(4)为了研究35%Bi2O3-(30-x)%Pb3O4-x%Li2O-25%CuO-10%B2O3(x=0、5、10、15、20、25、30)氧化剂混合浆料体系对SrTiO3陶瓷样品介电性能和绝缘化的影响,我们在同一批次SrTiO3半导化陶瓷片上进行绝缘化处理,研究表明,当Li2O含量为10%时,陶瓷样品介电性能达到最佳,当Li2O含量为25%时,绝缘电阻最大。(5)为了研究35%Bi2O3-(30-x)%Pb3O4-x%BaO-25%CuO-10%B2O3(x=0、5、10、15、20、25、30)氧化剂混合浆料体系对SrTi03陶瓷样品介电性能和绝缘化的影响,我们在同一批次SrTiO3半导化陶瓷片上进行绝缘化处理,研究表明,当BaO含量为10%时,陶瓷样品介电性能达到最佳,当Ba O含量为25%时,绝缘电阻最大。(6)为了研究35%Bi2O3-(30-x)%Pb3O4-x%Al2O3-25%CuO-10%B2O3(x=0、5、10、15、20、25、30)氧化剂混合浆料体系对SrTiO3陶瓷样品介电性能和绝缘化的影响,我们在同一批次SrTiO3半导化陶瓷片上进行绝缘化处理,研究表明,当Al2O3含量为0时,陶瓷样品介电性能达到最佳,当Al2O3含量为5%时,绝缘电阻最大。
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