[发明专利]一种三、五价异质元素共掺的巨介电常数介质材料

说明书

本发明公开了一种三、五价异质元素共掺的巨介电常数介质材料，以TiO₂粉体为基料，在此基础上，按化学式(Er_0.5Ta_0.5)_xTi_1‑xO₂进行三价Er³⁺、五价Ta⁵⁺元素共掺杂，其中x＝0.01～0.05。先将Er₂O₃、Ta₂O₅和TiO₂按摩尔比x/4：x/4：1‑x，其中x＝0.01～0.05进行配料，经球磨、烘干、过筛后再进行造粒，再压制成坯体，坯体于1300℃～1450℃烧结，巨介电常数介质材料。本发明相对于现有技术具有介电常数高、损耗低等特性，并且制备工艺简单，重复性好，利于工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种三、五价异质元素共掺的巨介电常数材料及其制备方法。

背景技术

半导体工业目前已经成为全世界最大的产业之一。各式各样的电子产品已经给人们的生活带来了日新月异的变化。近年来电子器件不断向小微型化、高集成化以及高性能化发展，而电容器作为电路中必不可少的基础元器件之一，使得电容器在实际应用中更需要具备更高的储能密度，无论是在我们日常生活中的家电、手机、电脑、汽车行业，还是在工业、农业、医疗界、国防部门甚至航空航天领域，都扮演着极其重要的角色。

介电材料作为电容器中的核心材料，其介电特性决定了电容器的存储性能。介质材料储存电荷的实质是在移动的电场作用下，正、负电荷重心由重合到不重合的变化产生电极化而存储和传递电信号的。决定介质材料这种能力的是材料内部的束缚电荷。因此，研究介电陶瓷介电性能实质就是研究陶瓷内部正负电荷在电场、温度等条件下发生偏离平衡位置、运动等过程，分析陶瓷的结构与电极化的变化规律。作为介质陶瓷介电性能的重要性能参数，介电常数和介电损耗便成为介电性能研究的重要对象，介电常数越高，其储存电荷能力越强；介电损耗越低，其能量损耗越低。因此，制备具有高介电常数、低介电损耗、优良温度和频率特性的介质材料为实现电子元器件小型化提供了可能。

巨介电常数材料(ε＞10⁴)的发展已经成为制约电子元器件微型化和高集成化的关键因素之一，开发具有巨介电常数的新型介质材料成为了半导体行业紧迫且充满挑战性的任务和课题。截止至今，被人们广泛研究的巨介电常数材料有基于内阻挡层理论的CaCu₃Ti₄O₁₂、基于居里峰左移的BaTiO₃、SrTiO₃基构成的Y5V型巨介电常数电容器介质材料、基于“渗流理论”模型的材料以及基于缺陷-电子偶极子模型(A_(4-5n)/3B_n)_xTi_1-xO₂体系等。但CaCu₃Ti₄O₁₂体系在高温高频下介电性能恶化严重且损耗较高、Y5V型巨介电常数材料因居里峰左移使其工作温区较窄，使其难以得到实际生产应用。基于“渗流理论”制备的巨介材料由于内部存在金属，在实际操作中会导致材料内部金属同外部电极发生扩散，导致器件的损坏使其得以在现实中生产难以得到实际应用。基于“局域电子钉扎效应模型”的(A_(4-5n)/3B_n)_xTi_1-xO₂体系具有超高介电常数、低损耗、优异的温度稳定性和频率特性，可望解决当前器件产生信号衰减、发热以及失效等问题，在高储能密度电容器方面显示出巨大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的，解决现有巨介电常数材料不能同时满足高介电常数和低损耗的难点，提供一种具有超低损耗、高储能、巨介电常数的电容器介质材料。

本发明通过如下技术方案予以实现.