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高介电铜氧化物陶瓷的制备及性能研究

周锋子  
【摘要】:高介电常数氧化物是一类重要的功能材料,在微电子等工业领域有着潜在的应用价值。理解高介电常数对氧化物制备条件的依赖关系及其物理起源具有重要的学术意义。与近十年来广泛研究的复杂氧化物CaCu_3Ti_4O_(12)相比,结构和成分简单的CuO具备类似的高介电性质,但受关注较少。本研究以CuO陶瓷为对象,通过Cu_2O掺杂制备成多种陶瓷,运用多种手段表征陶瓷的性质,利用唯象模型进行介电机理分析。具体研究包括: 1. CuO陶瓷高介电机理研究。采用传统固相反应法制备了CuO陶瓷,测得样品介电常数对温度和频率的依赖关系。基于晶粒是半导体、颗粒间界为绝缘体假定,综合运用麦克斯韦-瓦格纳机制(Maxwell-Wagner-type)、Arrhenius关系和Cole-Cole方程,理论上较好地拟合了中、低温段CuO陶瓷的介电温谱,指出在中、低温区CuO陶瓷晶粒具有半导体性。 2. Cu_2O掺杂对CuO陶瓷性质的影响研究。针对CuO陶瓷晶粒的半导体性是由于铜挥发出现Cu~(3+)离子而导致的观点,采用传统陶瓷烧结工艺制备了不同比例Cu_2O掺杂(受主)的CuO陶瓷样品。发现掺杂对CuO陶瓷在室温节电性能有较大影响(ε_r~10~3–10~5)。进而利用X射线衍射仪、激光拉曼光谱分析仪、扫描电子显微镜对陶瓷样品进行了表征,得到了样品晶胞体积和晶粒尺寸大小随掺杂比例的变化关系。利用视其颗粒间界阻挡层效应(IBLC)对所得样品的高介电性的进行了原理性解释,为对其介电性能的起源进一步研究奠定了基础。


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