(无机)介电材料与元器件：第二篇 电子陶瓷材料 第三章 强介铁电瓷.ppt

?介电材料与器件? 5.高频铁电瓷料 含一定铁电体以使介电系数至数百； 介质损耗要尽量的小。 处理方法有三种 （1）加入大量的非铁电体，冲淡其铁电性； （2）同时加入大量的具有移动和展宽效应的元素，使瓷料 居里点移到负温区，器件工作于顺电态 （3）采用居里点特别低的铁电瓷料，并适当改性。 ?介电材料与器件? （1）根据第一种处理方法 BaTiO3-MgTiO3, BaTiO3-CaTiO3, BaTiO3-CaTiO3 -MgNb2O4 （2）根据第二种处理方法 BaTiO3-CaZrO3 （3）根据第三种处理方法 SrTiO3-CaTiO3-Bi2O3?TiO2 ?介电材料与器件? 习题 试述以钛酸钡为代表的钙钛矿型结构铁电体的自发极化与铁电特性，说明其极化强度的影响因素？ 铁电体居里点由哪些因素决定，什么原因和因素使居里点产生移动？ 要想提高铁电瓷的抗电强度，可以采取哪些措施？ ?介电材料与器件? 贱金属内电极多层陶瓷电容器材料 ?介电材料与器件? 多层陶瓷电容器的基本结构为陶瓷介质，内电极和端电极。传统MLCC多以银钯金属系统作内电极, 但是随着金属钯价格的飞涨，目前市场中，大多数型号的MLCC产品已不用Ag/Pd，而采用贱金属(Ni或Cu)为内外电极 贱金属内电极多层陶瓷电容器材料开发的关键基础是瓷料的抗还原性研究。目前大规模成功应用的主要抗还原瓷料是BaTiO3系统瓷料，其抗还原机理也得到广泛研究。BaTiO3系统主要应用于X7R和Y5V电介质(较大电容量) ?介电材料与器件? 研究历史 BME-MLCC材料的发展开始于20世纪60年代，材料开发的主要问题是，为保证电极材料贱金属Ni不被氧化，烧结过程必须在还原气氛下进行，而BaTiO3在低氧分压的条件下容易被还原，产生带电荷的氧空位和电子，导致半导化，如公式所示： 1962年的 Herbert第一次解决了BaTiO3还原问题，提出搀入一定的离子可以提高还原气氛烧结BaTiO3的绝缘性能。 ?介电材料与器件? 1976年菲利浦实验室Daniels观察到过渡金属离子如Mn2+，在Ti位置上可以束缚住导电电子, 并和氧空位形成离子对，如公式所示： 在BME-MLCCs的初始工业化阶段，带电荷氧空位的移动产生的离子电导率，最终导致电气老化。1979年，美国公司Centralab开始生产基于锰掺杂的BCTZ的BME Y5V电容器，其销售和生产很快由于绝缘电阻的下降而很快终止：在电场和温度作用下，寿命只有几个小时。 ?介电材料与器件? 1990年，日本学者研究出新一代BME材料，同时包含施主搀杂和受主搀杂。受主离子减少了氧空位的数目，由于施主和受主的共同作用氧空位和电子跃迁被大幅度压制，而施主和受主离子结合紧密而稳定，不再被氧化。如公式所示： ?介电材料与器件? 随后，又发现最有效改善BaTiO3还原性的是搀杂小离子半径的稀土元素离子如Y, Dy, Ho等。这些离子既可以进入钙钛矿的A位又可以进入B位。当形成施主受主氧空位对时，氧空位浓度最小，最不容易迁移。这取决于Ba/Ti比例， 当Ba/Ti1时，Y占据A位 当Ba/Ti1时，Y占据Ti位 当Ba/Ti=1时，Y同时占据A位和B位 ?介电材料与器件? 最近大量微结构和电学性能的关系研究发现, 稀土元素大幅改善还原气氛烧结BaTiO3材料可靠性性能的重要原因是壳芯结构 ?介电材料与器件? 以钛酸钡为基础，掺入其它辅助材料形成“壳－芯”结构。 在固－液相烧结过程中，一方面添加物和 BaTiO3的小晶粒溶于液相，随着烧结温度的升高，溶解量增加； 另一方面大晶粒表面析出固溶体，并从表面向里扩散，扩散表面层形成“壳”，晶粒中央“芯”保持原有的 BaTiO3组成的结构，构成了“壳－芯”结构。“核”为 BaTiO3铁电相，而“壳”为固溶体相。 在电场作用下，铁电相变受到异相的制约，“壳－芯”两相的 K-T 特性的互补表现为 K-T 特性曲线平坦，介温特性可以满足Y5U, X7R等 特性要求。 ?介电材料与器件? 巨介电常数材料 CaCuTiO Li，Ti掺杂NiO 掺杂BaTiO3 晶界层陶瓷电容器 ?介电材料与器件? 1)孪晶模型 2)结构失措模型 3)微区成分无序模型 4)混价结构(Cu2+/Cu+, Ti4+/Ti3+)模型。 基本特征-极性微区或微畴 ?介电材料与器件? ?介电材料与器件? 晶界层陶瓷电容器 * ?介电材料与器件? （2）化学键特性 —— A-O、B-O结合强弱和键的性质 A-O之间相互作用力大，氧离子将更多地为A位离子所 “锁定”，则B-O之间的键