CaCu-,3-Ti-,4-O-,12-過(guò)渡金屬摻雜效應(yīng)及其對(duì)La-,2-3-Ca-,1-3-MnO-,3-電輸運(yùn)的影響.pdf

1、隨著微電子器件的尺寸不斷的減小，高介電常數(shù)材料在微電子器件中，尤其是在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的應(yīng)用中，扮演著越來(lái)越重要的角色。近年來(lái)一種很特殊的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料CaCu3Ti4O12由于具有高介電常數(shù)而引起了研究人員的關(guān)注。它的介電損耗比較低，介電常數(shù)卻很高，溫度穩(wěn)定性非常好，在l00K～400K甚至更廣的溫度范圍內(nèi)介電常數(shù)保持穩(wěn)定。目前就CaCu3Ti4O12巨介電常數(shù)的起因還沒(méi)有一致的觀點(diǎn)，大多數(shù)學(xué)者支持內(nèi)部阻擋層電容器模型(Interna

2、l Barriers Layer Capacitance，IBLC)，但存在著很多爭(zhēng)議。
　　 本文通過(guò)磁性離子替代鈦位的研究，初步的討論了巨介電常數(shù)起因，認(rèn)為介電性起源于二個(gè)區(qū)域：晶粒，晶界。在某些體系中還觀察到了類鐵電性，主要是起源于晶粒內(nèi)部自發(fā)極化以及Maxwell-Wagner極化。主要內(nèi)容如下：
　　 第一章介紹了巨介電材料的研究概況和應(yīng)用前景，簡(jiǎn)要描述了CaCu3Ti4O12的晶體結(jié)構(gòu)，巨介電性，以及巨介電性

3、的可能起因(IBLC)，并對(duì)目前摻雜體系作了簡(jiǎn)單介紹，最后是給了出了本文的選題依據(jù)。
　　 第二章主要從材料制備上介紹了樣品的制備工藝，主要使用了特殊的溶膠-凝膠法Peckin法制備了本文中的樣品。
　　 第三章從實(shí)驗(yàn)上研究了三類磁性摻雜體系(Co,Ni,Mn)的結(jié)構(gòu)及其介電性，類鐵電行為，及可能存在的磁性。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論了樣品的介電，鐵電的起因。得出如下結(jié)論：(1)對(duì)于摻Co體系，介電性能得到了很大程度的提高，從C

4、ole-Cole圖譜上看，觀察到了三類響應(yīng)。介電響應(yīng)主要起因于三個(gè)區(qū)域：低頻區(qū)20～104Hz主要由晶界引起的；中頻區(qū)104～106Hz有一平坦的響應(yīng)區(qū)，主要來(lái)源于肖特基勢(shì)壘；高頻區(qū)106～108Hz起源于晶粒內(nèi)部。這三個(gè)區(qū)域的響應(yīng)隨著摻雜量的升高分別有不同的變化：低頻段和高頻段響應(yīng)不斷變強(qiáng)，而中頻段響應(yīng)慢慢消失。該體系并未觀察到類鐵電行為。(2)對(duì)于摻Ni系列樣品，介電性有所增強(qiáng)。從Cole-Cole圖上看，主要是由晶界和晶粒引起的，

5、晶粒內(nèi)部響應(yīng)移向了低頻區(qū)。在該體系中觀察到了弛豫鐵電性。隨著x的增大，鐵電性先增強(qiáng)后減弱。主要是由晶粒的自發(fā)極化引起的和表面極化造成的。我們還研究了尺寸效應(yīng)，燒結(jié)溫度越高，介電性越強(qiáng)，但類鐵行為消失。(3)對(duì)于摻Mn體系，介電性急劇下降，晶粒電阻增大，導(dǎo)致內(nèi)部阻擋層結(jié)構(gòu)特征變?nèi)酰踔料?。在整個(gè)可觀測(cè)頻率范圍內(nèi)，阻抗譜中只存在晶界響應(yīng)。晶粒響應(yīng)移向了高頻段，也有可能消失。樣品的燒結(jié)溫度越高，介電常數(shù)越小。在該體系中我們觀察到了類鐵電行為

6、，相比于CaCu3Ti4O12有所減弱，屬于弛豫類鐵電行為。燒結(jié)溫度越高類鐵電性越強(qiáng)。在以上三種體系中我們并未觀察到相關(guān)磁性。
　　 第四章主要研究了LCMO/CaCu3Ti4O12復(fù)合樣品的磁電阻行為，通過(guò)在LCMO的顆粒邊界引入順磁性第二相CaCu3Ti4O12相，發(fā)現(xiàn)磁電阻效應(yīng)得到了大大的提高。在3T的外場(chǎng)下，復(fù)合量為10[％]的樣品磁電阻達(dá)到了73.4[％]，主要是由非本征效應(yīng)引起的磁電阻效應(yīng)。TP會(huì)隨著復(fù)合量的增高而向