论文部分内容阅读
巨介电材料在电子器件小型化和储能等方面具有重要的应用,因而备受关注。其中,不同价态元素共掺杂金红石型半导体氧化物材料在较宽的温区显示出巨介电和低损耗并存的优异介电性能,成为了近几年的研究热点。在共掺杂思想中,高于+4价的阳离子提供电子进而提高介电常数,低于+4价的阳离子俘获电子进而降低介电损耗。众所周知,掺杂半导体的介电性能跟材料的晶界导电激活能和晶粒导电激活能密切相关,但对晶界与晶粒导电激活能的比值对介电性能的影响尚没有明确的报道。本论文开展了非等比掺杂SnO2介电性能的研究,取得了如下结果:首先,利用传统的高温固相反应法合成了非等比In和Nb共掺杂的SnO2多晶陶瓷样品。固定Nb含量为5%,In含量范围为0-7%,即Inx Nb0.05Sn0.95-xO2。XRD、SEM和EDS等测试结果显示合成的样品均是纯相。其次,研究了Inx Nb0.05Sn0.95-x.95-x O2系列样品的介电性能。室温的介电性能显示In和Nb共掺杂的SnO2表现出巨介电常数和低损耗共存的现象,同时发现In掺杂比例为2%时样品表现出最优异的介电损耗。结合XPS分析发现共掺杂后的样品都含有Sn2+,这可以捕获或束缚Nb5+掺杂所引入的电子,从而使In的含量低于Nb的含量时存在最佳的介电性能。进一步分析系列非等比样品的晶粒导电激活能和晶界导电激活能都随着In含量的增加而增加,而且晶界导电激活能和晶粒导电激活能的比值越大,样品就表现出更优良的介电行为,这将为新型巨介电材料的探索提供一种新的思路。最后,研究了In0.02Nb0.05Sn0.93O2和不同比例的SrSnO3复合材料的介电特性。掺杂并没有使SrSnO3具有巨介电常数,但将In0.02Nb0.05Sn0.93O2材料和不同比例的SrSnO3复合后,样品能够在保持低介电损耗的情况下,介电常数在较宽的温度区间提高了2倍。进一步分析复合材料的电学性质,发现复合材料的晶界导电激活能和晶粒导电激活能的比值很大,材料的介电常数高且损耗较小,这再次说明激活能的比值可以为寻找更优良巨介电材料提供积极的预测和指导作用。