A2CoNbO6(A=Ca,Ba,Sr)巨介電行為及其與載流子輸運(yùn)狀態(tài)的關(guān)系.pdf

1、高介電材料是信息存儲(chǔ)器件大容量和微型化的基石，因而成為當(dāng)今信息社會(huì)的迫切需求之一。傳統(tǒng)的高介電材料是以BaTiO3為代表的鐵電體和以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3為代表的弛豫鐵電體，但這類材料不僅含有Ba、Pb等環(huán)境不友好元素，而且其高介電性能溫度穩(wěn)定性差，不適合技術(shù)應(yīng)用。本世紀(jì)初在以CaCu3Zi4O12為代表的復(fù)合鈣鈦礦材料中發(fā)現(xiàn)在室溫附近較寬的溫度和頻率范圍內(nèi)能平穩(wěn)地保持一個(gè)巨大的介電常數(shù)(104～105)，這種特性被稱為巨介電

2、行為。由于巨介電特性正是技術(shù)應(yīng)用所夢(mèng)寐以求的，因而，引起了人們對(duì)這一介電行為的廣泛重視。最近，在雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料系統(tǒng)中也發(fā)現(xiàn)了的巨介電行為，除了巨介電性能外，雙鈣鈦礦陶瓷材料還表現(xiàn)出優(yōu)良的電學(xué)和磁學(xué)等性能，這使得雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料迅速成為介電研究的重點(diǎn)材料之一。
　　 本文以A2CoNbO6(A=Ca,Ba,Sr)雙鈣鈦礦陶瓷為研究對(duì)象，對(duì)其介電性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明A2CoNbO6(A=Ca,Ba,Sr)巨介電性能并不是

3、由單一的介電弛豫過(guò)程構(gòu)成，而是由多個(gè)弛豫過(guò)程構(gòu)成的;由于Co元素易揮發(fā)性，Co基雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料中Co空位和氧(O)空位并存，樣品的巨介電性能取決于空穴（由Co空位產(chǎn)生）和電子（由O空位產(chǎn)生）的相互競(jìng)爭(zhēng)。具體研究結(jié)果表述如下:
　　 A.樣品的低溫(90～330K)介電性能
　　 Ba2CoNbO6(BCNO)樣品巨介電性能包含兩個(gè)熱激活弛豫過(guò)程貢獻(xiàn);低溫度區(qū)介電弛豫是由于空穴自陷引起的極化子弛豫，高溫度區(qū)介電弛豫是由于

4、O空位跳躍受到晶界阻擋并在此積累引起的界面(Maxwell-Wagner，MW)弛豫;并且低溫度區(qū)和高溫度區(qū)弛豫對(duì)巨介電效應(yīng)的貢獻(xiàn)分別為3/4和1/4。Ca2CoNbO6(CCNO)樣品表現(xiàn)出兩個(gè)熱激活弛豫過(guò)程，低溫度段和高溫度段介電弛豫激活能分別為0.13eV和0.37eV;低溫度段介電弛豫被證實(shí)是由空穴跳躍引起的極化效應(yīng)，高溫度段介電弛豫起源于O空位和Co空位形成的缺陷偶極子極化。
　　 Sr2CoNbO6(SCNO)樣品巨

5、介電行為由三個(gè)熱激活弛豫過(guò)程貢獻(xiàn)。在低溫區(qū)，載流子（空穴）處于凍結(jié)狀態(tài)，對(duì)電導(dǎo)的貢獻(xiàn)比較微弱，因而表現(xiàn)出近常數(shù)損耗(NCL)現(xiàn)象，同時(shí)凍結(jié)載流子產(chǎn)生類鐵電極化，引起低溫MW弛豫。當(dāng)溫度升高到足夠高時(shí)，載流子可以在不同的束縛位之間跳躍，表現(xiàn)普適介電響應(yīng)(UDR)規(guī)律，且伴隨著極化子弛豫發(fā)生。在接近室溫的高溫區(qū)，載流子長(zhǎng)程輸運(yùn)對(duì)電導(dǎo)有較大的貢獻(xiàn)，同時(shí)載流子跳躍運(yùn)動(dòng)會(huì)受到各種界面的阻擋并在此積累引起界面弛豫，即室溫附近MW弛豫。
　　

6、 B.樣品的高溫(330～550K)介電性能
　　 A2CoNbO6(A=Ca,Ba,Sr)樣品在室溫以上的高溫區(qū)表現(xiàn)為兩個(gè)德拜弛豫和一介電反?，F(xiàn)象。較低溫度的介電弛豫是O空位跳躍受到接觸勢(shì)壘阻擋引起的MW弛豫;較高溫度的介電弛豫是O空位一次電離引起的;介電反?，F(xiàn)象是由于高溫區(qū)域載流子處于自由狀態(tài)，因而引起巨大的電導(dǎo)響應(yīng)，介電行為從由弛豫為主要貢獻(xiàn)的區(qū)域轉(zhuǎn)變成電導(dǎo)為主要貢獻(xiàn)的區(qū)域，且自由載流子引起負(fù)電容現(xiàn)象，從而導(dǎo)致介電反常現(xiàn)象