PDF《T O 陶瓷 晶界层 电容器 材料的离子 偏析I》

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0 卷1993年 第4期12月中国科 学院研究生 院学报 丁ournalofGraduateSc ho o l , A e a d e m i a S i n 三eaVol.

10 D e e . 瑰41993SrITO.陶瓷晶界层电容器材料的离子偏析 徐保 民 殷之 文 (中国科学 院上海硅酸盐研究所 , 上海2

0 0

0 5

0 ) 王鸿(上海科学技术大 学材料科学系 , 上海2

0 1

80 0 ) 摘要利用透 射 电子显 微 镜及 其 电子衍射和 X 射线 能谱分 析,高分 辨 电子显 微 镜及 其微 区 电子衍 射,以及 离子探针 , 证实 了低温一 次 烧结 的rSITO:陶瓷 晶界 层 电容 器 材料 其 晶界 绝缘层 的形 成是 由于受 主性 杂质 iL : O 的晶界偏 析造 成的,并且 进一 步分析 了引起 离子 偏析 的条件 和机 理.发现只 有在 施 主掺杂和 还 原气 氛烧 结 的情 况下才存 在iL20的晶 界偏 析现象 . 这是因为 由施 主杂质进入 晶格和 还 原烧 结气氛而 增强 的 晶格 氧挥 发 是引 起Li:O晶界偏 析的根本 原因.关键 饲rSTIO : 肉瓷,晶界层 电容器,低温烧 结,离子偏析 , 乳挥 发0引言离子 偏析是 大多 数为 离子键 型 晶体 的电子陶 瓷材料 中一 个非 常普遍 的现 象,同时对材料 的性能 及其 改进 起 着十分 重要的作用 , 从而 引起人 们 的极大兴趣 . 一方面通 过 对具 有简单构 造 的离子 晶体进 行 理论 上 的研究 和 计算 , 以确定 各种 因素对 离子 偏析的 影 响和 离子偏 析浓 度的空间分布 r ` ' ;

另 一方 面,利用离子的 偏析来改善晶界 的性 质,又促进了 主要 利用 晶 界性 质的各 种半 导 体陶瓷 的发展 〔 " ' . r S T IO

3 系 晶界 层 电容 器是 近年来 出现 的具 有高比体积容量和 优 良的综 合性 能 的一 种新 型 半导 体陶瓷 电容 器〔" 〕 . 但 由于一般采 用涂覆受 主性金属 氧化 物并在 高 温下 扩散形 成 绝缘 晶界 层 的方 法,使其具 有两次 烧结的复杂工艺 过程 r " ' . 作 者添 加由iL:O和S泊:组成的烧 结助剂,实现 了在 还 原气 氛中低温 一 次烧结 r S T IO . 陶瓷晶界层 电容 器 材料 ` 咭' , 本文 则 证实 这 种低 温 一次 烧结 材料是 由于 烧结 过程 中受 主性 杂质 L i : O 的晶界 偏析而形 成 绝缘 晶界层 的,并进 一 步分 析 了离子偏 析的条件和 机理 . 收稿 日期 :

19 9 2一06一

2 9 .

3 6

8 .

1 实验和结果 实 验采 用的配 方组成 为:SrTIO

3 + x m o l % N b :

0 5 , 以工 业纯 T IO : 和化学纯 r S C O

3 为原料在10

0 0一1200℃合成 , 合成 反应后 加入 由碱 金 属氧化物 i L : O 和510 : 组成的烧结助剂 , 经 磨细 、 成 型而 在1150℃烧结 . 表1样品的介电性能样品 编号烧结气氛 空气 N . + H . 空气 N : + H : 样品颜 色 浅灰

2 2 X

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0 火1080X1030X10ta n 占(%)8.25p(Q・em)7.0x10 '

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10 . 一 选 择不 添加 施 主杂 质Nb:o.(x二o,记为 i 号 样品 ) 和 添加 o . s m o l% N b: O . ( x =

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5 , 记为2号样品 ) 的两 种 样品 , 以及氧化 烧 结气氛 ( 空气 , P .

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2 1 a t m ) 和还 原烧 结气氛N(:+H:,P.: