徐建平
广东风华邦科电子有限公司
摘要：鉴于钛酸锶钡陶瓷材料较好的优势特征，所以在当今社会上具有广泛的应用，主要包括较高的介电常数以及介质的耗损较小等。经对材料微观构成进行改变，能够于较宽范围之中实施材料的介电常数调节。因此，在电容器、PTC陶瓷以及动态随机存储器等内已经普遍的应用到此系列材料。本文对不同掺杂物在BST材料中的应用和钛酸锶钡陶瓷发展情况进行了一个探究。
关键词：钛酸锶钡；铁电陶瓷材料；掺杂改性；电解质
引言
钛酸钡(BaTiO3)陶瓷是一种无铅型的高介电环境友好材料．稀土作为“现代化学工业维他命”，能移动钛酸钡的居里温度从而提高介电性能。
一、不同掺杂物在BST材料中的应用
1.1B2O3在BST中的应用
随着大规模集成电路的飞速发展，对动态随机存储器（DRAM）的存储性能要求在不断的提高。由于BST薄膜具有介电常数高和热稳定性好，且居里温度可调等优点，被认为是最有发展前途的DRAM材料之一，引起了学界的广泛关注。有研究指出掺杂B203掺杂Ba0.5 Sr0.5 TiO3陶瓷薄膜，发现当掺杂B2O3的物质的量分数为5%时，烧结温度比纯Ba0.5 Sr0.5 TiO3的烧结温度降低了100℃，并且，B2O3的添加改善了陶瓷的结构，细化了陶瓷晶粒，提高了陶瓷介质的绝缘电阻，减小了渗漏电流，降低了薄膜的表面粗糙度。近年来，相关人员等在此基础上进行了更深入的研究，结果发现在BST薄膜中掺杂非金属氧化物B2O3可以显著降低材料的烧结温度，当B2O3的掺杂量小于5%时，渗漏电流随着掺杂量的增加而减小，当B2O3的掺杂量大于此数值时，则出现相反的变化关系。有相关研究了B2O3在Ba0.7 Sr0.5 TiO3铁电材料的掺杂改性作用，发现B2O3除了有效的降低材料的烧结温度、减小损耗、提高材料的高频稳定性外，并不改变材料的居里温度，是一种很有发展前途的LTCC材料。
1.2 Bi2O3在BST中的应用
Bi2O3在BaTi03中的固熔度物质的量分数为5%左右，而在SrTiO3中的固熔度则达10%。相关人员通过XRD研究也证实了掺杂Bi2O3的BST陶瓷能形成单一的钙钛矿相。此外，Bi2O3的添加还会显著的降低材料的介电常数，改变材料的居里温度。在纯BST陶瓷中，添加一定含量的Bi2O3会使材料的居里温度向正温度方向移动，（因而Bi2O3对BST陶瓷的介电性能有较大的改性作用。相关人员发现在Ba0.6 Sro.4 TiO3薄膜中掺杂会有效的降低薄膜的表面粗糙度，当掺杂量为20%时，材料的表面粗糙度比纯Ba0.6 Sro.4TiO3薄膜降低了10%。而当的掺杂量为10%时，可以得到了介电常数为34. 42，介质损耗为0.0095渗漏电流仅为5.13×1010A/cm2的优质薄膜，性能远优于同等测试条件下的纯Ba0.6 Sro.4 Ti03（介电损耗0.02，渗漏电流4.17×103A/cm2）的薄膜材料。这说明的掺杂使铁电薄膜材料的性能得到了很大的改善。随着该材料的广泛应用，将会大大提高可调微波器件的性能。Bi2O3掺杂的BST材料在正温度系数热敏电阻器（RTCR）领域也有很大的应用价值。研究人员发现在BST陶瓷中蒸汽掺杂Bi2O3可以获得致密的、升阻比大于108的PTCR材料，这比固相掺杂Bi2O3的陶瓷升阻比提高了约40%。这是因为在烧结过程中，随着温度的提高，Bi2O3蒸汽在晶界上产生的Ｖ″Ｂa浓度也大大提高，样品的晶粒长大受到抑制。晶界上的晶粒长大受到抑制，最终样品晶界上保留下来的Ｖ″Ｂa的浓度较固相掺杂的要高，从而获得较高的升阻比和温度系数。由此可以看出蒸汽掺杂是一种先进的掺杂方式，可以大幅提高和改善材料的性能。
1.3＋在BST中的应用
由于化学稳定性优于，在BST材料中掺杂适量的锆会增强陶瓷稳定性，显著的降低材料的居里温度，改善材料的介电性能。因此在BST材料中掺杂含锆的化合物也引起了人们的注意，已广泛应用于介电陶瓷、铁电陶瓷和单晶体等材料中。相关人员等研究掺杂了Zro2的BST铁电薄膜，发现的加入细化了陶瓷的晶粒，增加了陶瓷的密度。当Zro2加入量为12%时，该薄膜在100kv时的渗漏电流为2×104A/cm2且容温性能佳，是一种性能优良的铁电材料。进一步研究表明，当Zro2的掺杂量小于30%时，随着Zro2掺杂量的增加，材料的介质损耗、渗漏电流均减小。当Zro2的掺杂量达到36%时，材料的介电常数几乎不受外加电场影响，材料的稳定性得到大幅度的提升。CaZrO3的掺杂对材料的性能也有重要的影响，研究表明：适量的CaZro3掺杂能得到最佳综合性能，CaZrO3掺杂明显促使（Ba,Sr）TiO3细晶化，并有较强的移峰和压峰效应，能使轴率比（C/a）降低，能提高材料的介电常数并改善材料的介温特性，过量CaZro3掺杂使衍射峰变宽，会使材料的介电常数下降。从而获得高介高压高稳定（Y5U和X7R特性）的电容器陶瓷。综上所述，在BST的掺杂改性中有着重要的作用。
1.4稀土在BST中的应用
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二、钛酸锶钡陶瓷发展情况
首先，推广应用到移相器内。当前军用技术在获得到不断的发展态势，在非军事领域诸如移动通信等中，会广泛的应用到相控阵列天线技术。高质高效的移相器应该具备的优势特征就是：具有良好的介电常数可调性，同时能够于较小数值内部维持，降低介质损耗。当前，钛酸锶钡陶瓷的发展能够良好的顺应这种性能的需求标准。将Y、Co、Mn等元素在纯钛酸锶钡陶瓷内适量的掺杂，是能够将陶瓷晶粒得到细化的效果的。而且很多国家相移器的电光材料应用到铁电材料，包括（Pb，3Sr）TiO3、（Pb，Ca）TiO3等，经加进添加剂，能够于较大温差的环境下产生居里温度不同的电光材料，同时也能够改善εr和以及tgδ。在未来的发展中，钛酸锶钡移相器能够对于铁氧体移相器进行取代，在相控阵列天线中成为重要的构成部分。其次，大量的应用到红外探测中。因钛酸锶钡陶瓷存在良好的热释电性能，所以能够将其应用到室温红外探测器的制作中。研究指出，以SiO2掺杂钛酸锶钡陶瓷，于20-25℃中可以得到钛酸锶钡陶瓷材料热释系数是8.1×10-8C·（cm2·K）-1，将材料于室温附近的性能进行改善，作为民用非制冷红外探测材料具有良好的应用价值。
结束语
目前的掺杂改性研究中，主要的研究方向是不同掺杂物对材料性能的影响，而对于材料掺杂改性机理研究的尚比较少，这在一定程度上影响了该材料的发展。随着掺杂改性研究的不断深入和理论的进一步发展，相信 BST陶瓷的应用前景会更加广阔。
参考文献
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