鈦酸鍶鋇鐵電材料

2021-01-15 微晶電子科技




鈦酸鍶鋇(Ba1-xSrxTiO3 ,BST)因其優異的性能和新的技術應用而得到廣泛的研究。它是一種重要的鐵電材料,由於其介電常數高、光損耗低、鐵電活性高、且與居裡溫度有關等特點,引起了研究人員和工程技術人員的極大興趣 。隨著電子器件向微型化、輕量化、集成化方向快速發展,尋找高可恢復性儲能密度的電容器材料成為迫切需要。電容器的能量密度與材料的有效介電常數,擊穿強度,真空介電常數有關。納米複合材料加入合適的填充劑後,樣品的能量密度可以增加。因此,納米複合材料在能量存儲方面得到不斷地研究。納米粒子的良好分散和界面極化的增強可以改善複合材料的介電性能和電學性能。聚合物接枝BaTiO3 納米複合材料的顯著改善突出了接枝納米材料在優化高儲能電容器材料方面的前景。


介電材料的可恢復能量存儲密度取決於極化。因此,高介電常數材料的 P r 以及 P s 與 P r 之間的巨大差異將成為高能量密度儲能材料的發展方向。各種摻雜劑對鐵電體在外場作用下的介電性能有很大的影響。因此,可以通過仔細控制 ABO 3 鈣鈦礦結構中的摻雜種類以及a位點或b位點的摻雜濃度來調整這些鐵電材料的預期性能 。BST 的居裡溫度隨(Ba ,Sr ) TiO 3 晶格中 Sr的增加而線性下降,這使得鐵電/順電轉變溫度可以通過改變 Sr 的含量來適應特定的應用。合成鈦酸鍶鋇的方法有很多種,如固相燒結法、磁控濺射、脈衝雷射沉積、水熱法和溶膠凝膠法等。不同的製備方法對材料的結構與性能會產生不同的影響。除與製備方法有關外,介電材料的性能還會受到化學成分、微觀結構、摻雜劑類型和含量的影響。一些摻雜元素可以改善BST的電學性能和光學性能。

微波器件的介電材料應具有較低的介電常數、較低的損耗因數和較高的可調性。由於順電BST材料具有大的場依賴性和快速的場響應特性,對其介電性能和可調性能的研究越來越多。然而,在微波頻率範圍內的高介電損耗限制了它的進一步發展。Ba0.6-Sr0.4TiO3是具有低介電損耗和較高可調性的優良組合,因此常作為材料的基本組成。在ABO3型鈣鈦礦體系中,不僅可以通過控制Ba/Sr比來改變BST的介電性能,還可以通過部分等價或異價陽離子的取代來改變 BST 的介電性能。這些部分取代及其對BST陶瓷結構和介電性能的影響近年來得到了廣泛的研究。

眾所周知,鉛基材料在製造太陽能電池器件方面具有優 勢,但 對 環 境 會 造 成 汙 染。然而,鈦 酸 鍶 鋇(BaSrTiO3 )這種無鉛材料是鈣鈦礦型化合物,在適當的Ba∶Sr比例下,製備的 BST 膜可以得到最優的太陽能電池輸出。在傳感器、執行器、光調製器、光學窗口和存儲器、光學濾波器等電子和光電器件方面具有廣闊的應用前景。並且BaSrTiO3 能夠很好地容納不同的摻雜劑,這些摻雜劑會影響半導體、電學和光學性能。此外,由於其具有良好的導電性,鐵電材料可能成為合格的太陽能電池材料。


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