臺灣博碩士論文加值系統

本實驗的目的是針對多重摻雜的鈦酸鍶進行介電性質的研究。以塊材為實驗對象，進行Pb離子、Mg離子、Mn離子及La離子的摻雜變化量，來造成鈦酸鍶價電數的異動，再利用600℃、800℃與1000℃熱處理製程對1350℃真空燒結鈦酸鍶進行研究。
實驗結果顯示，多重摻雜鈦酸鍶在空氣燒結後，其整體的介電率約數百，及有低損失正切。真空還原燒結，則明顯提升其介電率至數萬，唯損失正切偏高，電阻性質不佳。退火熱處理後，除仍保有數萬的高介電率，更可明顯降低損失正切，且具較佳的介電溫度係數及電阻值，其中在1350℃真空燒結與600℃再氧化熱處理後，多數的添加效應具有良好的介電特性。其中，在室溫之介電常數達15,000〜36,000，損失正切<0.02，電阻係數於107〜108Ω-cm之間，絕緣電阻值107〜108Ω及<-8％的介電溫度係數，極具發展潛力。在1350℃真空燒結與800℃或1000℃再氧化熱處理後，最佳的介電特性僅發生於特定的添加效應。

The purpose of the research of the thesis is to study the dielectric properties of multi-doped SrTiO3 under heat treatments in air at 600℃、800℃, and 1000℃ after sintering at 1350℃ in vacuum for 1hr. The dopants include lead oxide, magnesium hydroxide, manganese oxide, and lanthanum oxide. Six kinds of the studied targets are: the Mg effect, the Pb effect under 0.005 Mg dopants, the Pb effect under 0.01 Mg dopants, the Mn effect under 0.01Mg dopants, the Mg effect under 0.01La dopants, and the Mg effect under 0.02La dopants.
The results showed that the multidoped SrTiO3 had a dielectric constant (er) of hundreds and a low dielectric loss tangent (tand). The vacuum-sintered SrTiO3 had er of ten thousands, higher tand, and poor resistivity. After annealing, doped-SrTiO3 remained er of ten thousands, but low tand, good temperature coefficient of capacitance (TCC), and higher resistivity. The best result was found for the 600oC-annealed specimens of most of compositions. These specimens displayed er of 15,000-36,000, low tand less than 0.02, high resistivity of 107-108 W-cm, insulation resistance of 107-108 W, and TCC less than –8%. For the 800oC- and 1000oC-annealed specimens, the good dielectric properties only occurred at specific compositions.

中文摘要………………………………………………………….……Ⅰ
英文摘要………………………………………………………….…..Ⅱ
目錄…………………………………………………………………….Ⅲ
圖目錄………………………………………………………………….IX
表目錄…………………………………………………………………XXI
第一章 序論……………………….……………………………………1
1.1 前言..……………….………….……………………………..1
1.2 研究目的與內容.…..…………………………………….….2

第二章 前人研究與理論基礎……..…………………………..…….4
2.1 鈦酸鍶的特性…….….………………………………….…….4
2.2 鈦酸鍶介電性修整…….……….………………………….….5
2.3 氣氛強制還原半導化……..…………………………………..7
2.3.1 半導性晶粒形成………..………………………….….7
2.3.2 施體摻雜………..………………………………….….8
2.3.3 位障絕緣型電容器…………………………………….11
2.3.4 介電率與介電損失…………………………………….12
2.4 陶瓷之製程…………………..……………………………….14
2.4.1 原料………….…………………………………………14
2.4.2 混合與研磨……………….……………………………14
2.4.3 成型………………………….…………………………16
2.3.4 燒結……………………….……………………………17

第三章 實驗方法及步驟………………………….………….………21
3.1 材料組成……………………………………………………….21
3.2 固態反應法合成陶瓷粉體…………………………………….23
3.3 陶瓷圓盤型塊材製備………………………………………….23
3.4 性質分析…..………………………………………………….24

第四章 結果與討論……………………………………………………28
4.1 多重摻雜鈦酸鍶塊材之介電性質……………..…………….28
4.1.1 介電性質 - 溫度效應…………………………………28
4.1.1.1 經1350℃空氣燒結後，介電率及損失正切及結果……………………………………………….28
4.1.1.2 經1350℃真空燒結後，介電率及損失正切及結果……………………………………………….29
4.1.2 介電性質 - 熱處理效應………………………………30
4.1.2.1 經1350℃真空燒結與再氧化熱處理600℃後，介電
率及損失正切及結果…………………………….30
4.1.2.2 經1350℃真空燒結與再氧化熱處理800℃後，介
電率及損失正切及結果………………………….31
4.1.2.3 經1350℃真空燒結與再氧化熱處理1000℃後，介
電率及損失正切及結果………………………….31
4.1.2.4 綜合討論………………………………………….32
4.1.2.5 真空燒結的多重摻雜鈦酸鍶，於不同熱處理條件下室溫介電性質的變化………………………….44
4.1.3 介電性質 - 頻率效應…………………………………48
4.1.3.1 經1350℃空氣燒結後，介電率及損失正切隨頻率改變之結果………………………………………………….48
4.1.3.2 經1350℃真空燒結後，介電率及損失正切隨頻率改變之結果……………………………………….49
4.1.3.3 經1350℃真空燒結後與600℃再氧化熱處理後，介電率及損失正切隨頻率改變之結果…………….49
4.1.3.4 經1350℃真空燒結後與800℃再氧化熱處理後，介
電率及損失正切隨頻率改變之果……………….50
4.1.3.5 經1350℃真空燒結後與1000℃再氧化熱處理後，介電率及損失正切隨頻率改變之結果…….……51
4.1.4 介電性質 - 溫度穩定性………………………………64

4.1.4.1經1350℃空氣燒結後，介電性質溫度穩定性之結果……………………………………….…………64
4.1.4.2 經1350℃真空燒結後，介電性質溫度穩定性之結
果………………………………………………….65
4.1.4.3 經1350℃真空燒結後與600℃再氧化熱處理後，介電性質溫度穩定性之果………………………….65
4.1.4.4 經1350℃真空燒結後與800℃再氧化熱處理後，介電性質溫度穩定性果…………………………….66
4.1.4.5 經1350℃真空燒結後與1000℃再氧化熱處理後，介電性質溫度穩定性之結果…………………….67
4.2多重摻雜鈦酸鍶塊材之電阻率 .……………………………. 79
4.2.1電阻率溫度效應…………………………………………79
4.2.1.1經1350℃空氣燒結後，電阻率之結果……………79
4.2.1.2經1350℃真空燒結後，電阻率之結果……………79
4.2.1.3經1350℃真空燒結後與600℃再氧化熱處理後，電
阻率之結果……………………………………….80
4.2.1.4經1350℃真空燒結後與800℃再氧化熱處理後，電阻率之結果……………………………………….81
4.2.1.5經1350℃真空燒結後與1000℃再氧化熱處理後，電阻率之結果…………………………………….81
4.2.2 熱處理效應對電阻係數的影響………………………94
4.2.3 多重摻雜鈦酸鍶塊材之絕緣電阻值………………….98
4.2.3.1經1350℃空氣燒結後，絕緣電阻值之結果…….98
4.2.3.2經1350℃真空燒結後，絕緣電阻值之結果…….98
4.2.3.3經1350℃真空燒結後與600℃再氧化熱處理後，絕緣電阻值之結果………………………………….99
4.2.3.4經1350℃真空燒結後與800℃再氧化熱處理後，絕緣電阻值之結果………………………………….99
4.2.3.5經1350℃真空燒結後與1000℃再氧化熱處理後，絕緣電阻值之結果………………………………100
4.3 X光繞射析…...……………………………………………113
4.4 塊材SEM微結構與EDS觀察……………………………….115
第五章 結論.……………………………………………………….124

參考文獻………………………………………………………………126
致謝……………………………………………………………………127

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