掺杂Li和Nb的巨介电材料NiO的研究

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介电材料是利用材料的介电性质来制造微电子器件的电子材料,主要在大容量的电容器和小型化的存储器等微电子器件方面有巨大的应用潜力。近年来,NiO基的巨介电材料由于其较高的介电常数(105)同时具有较低的介电损耗(0.05),引起学术界的广泛关注。本文的目的是通过NiO基陶瓷的新元素(Nb)参杂的理论研究,实验设计,寻找具有高介电常数,且低损耗的电介质陶瓷体系,并探讨相应的物理机制。  本文采用传统的溶胶凝胶法这一方法与工艺来制备LixNbyNi1-x-yO(LNNO)介电陶瓷。系统地研究了陶瓷的结构及介电性能,对 LNNO巨介电材料的物理机制进行初步探讨。  在A位掺杂的巨介电陶瓷材料中,通过 X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)来研究其晶型和形貌,得到清晰的晶界图像,并通过能谱分析(EDS)进一步研究其晶粒以及晶界组分。结果表明,在陶瓷晶界处形成 LiNbO3的相,并且晶粒尺寸随着 Li离子的增加而显著增大。通过对陶瓷样品进行介电性质的研究,所有组分的陶瓷材料都显示出巨介电性质并伴随有较低的介电损耗,其介电常数随着 Li离子的增加而显著减小。  而在B位掺杂的陶瓷中,着重探究了Nb离子的浓度对LNNO陶瓷材料的结构,形貌以及陶瓷的介电特性的影响。通过XRD和SEM以及EDS的表征,观察到清晰的晶粒及晶界结构,同样也在晶界出形成了LiNbO3的相,与掺杂Li离子不同的是,陶瓷材料的晶粒尺寸随着 Nb离子的增加而明显减小。通过对样品的介电性质的探究,所有组分的材料同样显示出巨介电常数(105)并伴随有较低的介电损耗,其介电常数随着Nb离子的增加而减小。  通过实验可以看到,组分为 Li0.05Nb0.02Ni0.93O的材料具有最佳的介电特性,而导致其巨介电性质可能的产生机理是由半导晶粒与绝缘晶界这种特殊的结构产生的。
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