宽禁带半导体氧化物的高温介电性能研究

发布时间：2017-04-07 16:27

  本文关键词：宽禁带半导体氧化物的高温介电性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：宽禁带材料是一种新型的材料,最大的特点是禁带宽度(Band gap)大、击穿电场(Breakdown field)高、热导率(Coefficient of thermal conductivity)高,非常适合于高频率、大功率、抗辐射和高密度的电子集成器件的制作。根据不同材料的独特禁带宽度,我们还可以制作出各种不同颜色光的光器件以及探测器件,能够更好的适应不同的工作环境。同时,介电性能作为材料的基本特性之一,它的研究在材料应用上有着非比寻常的意义,我们知道,金属物的禁带宽度非常窄,而绝缘体的禁带宽度通常较宽。与此同时,绝缘体又是良好的介电材料,具有高的介电常数,因此宽禁带半导体的介电性能很有研究的价值。本文以一系列宽禁带氧化物材料(HfO2,Gd-CeO2, TbFeO3)为研究对象,利用完善且可靠的介电测量设备及理论进行了系统的研究：(1)用标准的固相反应制备纯的HfO2陶瓷,2%和20%的Gd掺杂HfO2陶瓷样品。我们在温度范围为300 K到1050 K,频率范围从20到106赫兹下,研究了样品的介电性能。结果表明大约发生在20赫兹频率和450 K温度的条件下,样品表现为本征的介电行为。在温度高于450 K时出现了2个与氧空位有关的弛豫(R1和R2),低温的弛豫是一种晶粒引起的偶极子弛豫,高温的弛豫是晶界引起的Maxwell-Wagner弛豫。纯的样品和微掺杂(2% Gd)的样品的介电性能主要是由晶界引起。重度的20%掺杂会导致结构从单斜相转变为立方相,介电性能主要由晶粒引起。(2)Gd2O3掺杂CeO2陶瓷样品由共同沉淀方法制作而成。介电性能的测量范围为温度(350到950 K)和频率(100到10 MHz)。GDC样品随着温度上升出现3个弛豫过程,激活能分别为0.76,0.88和1.03eV。低温,中等温度和高温的弛豫分别由体内,晶界和接触的作用有关。(3) TbFeO3陶瓷样品是通过传统的固相反应制成。利用温谱,阻抗谱和模量谱对TbFeO3陶瓷样品进行了温度从300 K到1073 K,频率从102Hz到107Hz的介电性能研究。我们发现了大量的介电响应,包括三个介电弛豫(R1-R3),一个类弛豫介电行为和负电容现象。低温的弛豫由界面层引起,R2和R3由偶极子和麦克斯韦瓦格纳弛豫引起,类弛豫现象我们发现是由负电容引起。
【关键词】：宽禁带 介电性能 陶瓷 弛豫
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 引言8-9
• 1.2 电介质材料简介9-12
• 1.2.1 什么是电介质?9
• 1.2.2 陶瓷材料9-11
• 1.2.3 钙钛矿型陶瓷材料11-12
• 1.3 宽禁带半导体材料简介12-13
• 1.3.1 什么是宽禁带半导体12-13
• 1.3.2 宽禁带半导体材料性能与应用13
• 1.4 宽禁带半导体研究进展13-14
• 1.5 本文的主要内容和研究意义14-16
• 第二章 电介质物理理论16-26
• 2.1 电介质的性能16-18
• 2.2 电介质极化机制18-22
• 2.3 介电弛豫22-24
• 2.3.1 介电损耗23
• 2.3.2 德拜弛豫23-24
• 2.4 实验仪器24-26
• 第三章 HfO_2陶瓷的高温介电研究26-40
• 3.1 引言26
• 3.2 实验过程26-27
• 3.3 实验结果与讨论27-39
• 3.4 结论39-40
• 第四章 GDC陶瓷的高温介电性能40-46
• 4.1 引言40
• 4.2 实验过程40
• 4.3 实验结果与讨论40-45
• 4.4 结论45-46
• 第五章 TbFeO_3的高温介电弛豫的研究46-54
• 5.1 引言46
• 5.2 实验过程46-47
• 5.3 实验结果与讨论47-53
• 5.4 结论53-54
• 第六章 全文总结54-55
• 参考文献55-64
• 致谢64-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文66

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