文档介绍：摘要
摘要
高介电材料由于具有特殊物理性能已被广泛应用于制造具有特殊性能的新
型器件,具有重大的实用和商业价值, 是当前微电子行业最热门的研究课题之
一。近年来,CaCu3Ti4O12 (CCTO)以其良好的综合性能引起了人们极大的关注。
TO具有高介电常数( 104),在较宽温度范围具有高热稳定性,
从而使其有望在高密度能量存储、薄膜器件、介电电容器等一系列高新技术领域
中获得广泛的应用。但是关于其巨介电响应的产生机理至今尚存争论,并且其较
大的介电损耗也制约了其实用化。
本文采用传统的固相合成及常压烧结的方法制备了CaCu3Ti4-xMnxO12(x = 0、
、2、、3)材料。通过X射线衍射仪(XRD)、射频阻抗/材料分析仪和SQUID
等测试手段研究了掺杂Mn离子对其晶体结构、介电性质及磁学性质的影响。寻
求具有介电性能和磁性能的介磁复合材料,并探索相应的物理机制, 为此类材料
的应用奠定基础。
XRD 衍射结果表明:TO 样品在 1100oC 烧结,形成完整的立方
钙钛矿结构,TO 相,结晶完好。掺杂对其结构的影响是复杂的。低浓度
TO 相,且随着 Mn 离子含量的增大,样品中的杂相成
分越来越多。当样品中 Mn 离子的含量 x> 时,在常压下已经无法获得具有
CCTO TO 材料。此外,由样品晶胞参数随 Mn 含量的变化而变化,可以
确定有部分 Mn 离子进入晶格替代了 Ti 离子。
射频阻抗/材料分析仪测试结果表明:掺杂 Mn TO 样品的介电常
数及介电损耗都产生了影响。研究发现:在名义组分为 CaCu3Ti2Mn2O12 和
'
样品中,随着 Mn 离子含量增大, r 减小,介电损耗角的正切
值 tan e 增大,TO 晶格中引入 Mn 离子,不利于提高样品的介电常
数和降低介电损耗。但是,我们发现随着 Mn 离子含量的继续增加,即 x> 时,
样品的介电常数变化的趋势恰好与 CaCu3Ti2Mn2O12 和样品的
相反。
SQUID 测试结果分析表明:名义组分 CaCu3Ti4-xMnxO12(x = 、2、、3)
I
Mn 掺杂巨介电材料 CaCu3Ti4O12 合成及物性研究
系列陶瓷样品皆表现出弱的铁磁性。当 Mn 离子的含量 x< 时,随着 Mn 离子
含量增加,样品的饱和磁化强度 Ms 变大、矫顽力 Hc 变小、剩磁 Mr 变大,说明
磁性得到进一步加强。对于名义组分为和 CaCu3TiMn3O12 的
样品,铁磁性较强于前两个样品,TO 相,因此其磁
性产生机理也就不同于前两个样品。
关键词:TO 相;介电性质;磁性能

II
Abstract
Abstract
The high dielectric materials, one of the most popular research subjects in the
present microelectronic industry, have been applied extensively in the manufacture of
the novel devices due to their outstanding physical properties, which make them have
commercial and practical value. Recently, much attention has been paid to
perovskite-related structure CaCu3Ti4O12 (abbreviate TO) because of its benign
comprehensive performance, such as great dielectric constant (above 104), low loss
tangent, and high thermal stability within wide temperature range. Therefore, it has
many important and practical applications in the high technology field of electronic
devices, high density energy storage, thin-film devices and dielectric