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鈦酸鍶的應(yīng)用背景及概述 |
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| 鈦酸鍶的應(yīng)用背景及概述 鈦酸鍶具有較高的介電常數(shù)，是電子陶瓷粉體的重要原料，其制品具有介電耗損低、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，因而在電子工業(yè)上被廣泛應(yīng)用。自然科學(xué)雜志對鈦酸鍶制備的報(bào)道很多，最典型的方法是2002年無機(jī)鹽工業(yè)的“鈦酸鍶粉體合成新方法研究”所提供的實(shí)驗(yàn)室方法，該方法以四氯化鈦和氯化鍶為原料、碳酸銨和氨水作為沉淀劑，使用化學(xué)共沉淀法合成鈦酸鍶粉體，研究了工藝條件對產(chǎn)品純度和鍶鈦比的影響。 反應(yīng)條件為四氯化鈦和氯化鍶摩爾比為 1.02 ，碳酸銨和氯化鍶摩爾比為1.40 ，反應(yīng)溫度為室溫，需要在900℃煅燒4小時(shí) ；該種方法的缺點(diǎn)是需要長時(shí)間的煅燒，可能因部分鈦酸鍶的晶粒長大而使粒度分布不均勻；此外有研究對鈦酸鍶地結(jié)晶機(jī)理進(jìn)行了較詳細(xì)的闡述，但其配制方法和合成鈦酸鍶的溶液在工業(yè)生產(chǎn)中可行性較差。世界上制備鈦酸鍶的方法有固相法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、有機(jī)配合物前驅(qū)體法等工藝。 固相法工藝是將氧化鈦和碳酸鍶進(jìn)行高溫灼燒，由于灼燒后的鈦酸鍶粒度分布不易控制、純度低，從而極大地影響產(chǎn)品的性能。共沉淀法是液相化學(xué)反應(yīng)合成超細(xì)高純金屬氧化物顆粒最早采用的方法，沉淀法成本較低，但有如下問題：沉淀物通常為膠狀物，水洗、過濾較困難；沉淀劑作為雜質(zhì)易混入，沉淀過程中各種成分可能發(fā)生偏析，水洗時(shí)部分沉淀物發(fā)生溶解。 此外由于大量金屬離子不容易發(fā)生沉淀反應(yīng)，因此這種方法適用面也較窄。溶膠-凝膠 法一般采用有機(jī)金屬醇鹽為原料，通過水解、聚合、干燥等過程得到固體的前驅(qū)物，最后再經(jīng)適當(dāng)熱處理得到納米材料；由于采用金屬醇鹽為原料 ，使該方法成本較高 ，同時(shí)凝膠過程較慢，因此一般合成周期較長 。 此外 ，一些不容易通過水解聚合的金屬離子較難牢固地結(jié)合到凝膠網(wǎng)絡(luò)中，從而使得該方法制得的超細(xì)高純復(fù)合氧化物種類有限 。因此，若使用目前的固相法 、共沉淀法 、溶膠-凝膠法、有機(jī)配合物前驅(qū)體法等工藝制備的鈦酸鍶均存在著不足和缺陷 。 鈦酸鍶是電子工業(yè)重要原料，用以自動調(diào)節(jié)加熱元件和制造具有消磁作用的元器件。在陶瓷領(lǐng)域中用做制造陶瓷電容器 、壓電陶瓷材料 、陶瓷敏感元件、微波陶瓷元件 。還可用做顏料 、搪瓷 、耐熱材料 、絕緣材料。鈦酸鍶單晶可用做光學(xué)材料及人造寶石 。 鈦酸鍶晶體具有高折射指數(shù)和高介電常數(shù) ，它的單晶體被用作光學(xué)材料及人造寶石。以鈦酸鍶為基材的低溫超導(dǎo)體也已制成。其應(yīng)用舉例如下： 1. 制備一種工藝簡單，穩(wěn)定性好的鈦酸鍶晶體管。 采用替位摻雜法，使用激光分子束外延，脈沖激光沉積，磁控濺射 ，電子束蒸發(fā)或分子束外延等制膜方法，在單晶基片(如SrTiO3, YSZ,LaAlO3,Nb:SrTiO3等)上制備出n型鈦酸鍶SrAxTi1-xO3或 Sr1-xLaxTiO3薄膜材料 ，其中A是Nb或Sb；制備出p型鈦酸鍶SrBxTi1-xO3 薄膜材料 ，其中B是In或Mn 。所有x的取值范圍為0.005-0.5。 把一層p型鈦酸鍶和一層n型鈦酸鍶外延在一起 ，這兩層導(dǎo)電類型不同的鈦酸鍶薄膜在界面處就形成一個p-n結(jié) ，這個p-n結(jié)就構(gòu)成了鈦酸鍶晶體二極管；把一層p型鈦酸鍶和一層n型鈦酸鍶和另一層p型鈦 酸鍶外延在一起 ，這三層鈦酸鍶薄膜就形成一個p-n-p結(jié)，這個p- n-p結(jié)就構(gòu)成了p-n-p鈦酸鍶三極管 ；把一層n型鈦酸鍶 ，一層p型 鈦酸鍶和另一層n型鈦酸鍶外延在一起，這三層鈦酸鍶薄膜就形成了 一個n-p-n結(jié) ，這個n-p-n結(jié)就構(gòu)成了n-p-n鈦酸鍶三極管 。 所述的鈦酸鍶晶體管，采用全外延工藝 ，因此每層的層厚和載流子濃度都較鍺硅晶體管更易控制 ，且結(jié)面更銳 ，而鈦酸鍶熔點(diǎn)高 ，穩(wěn)定性好，故鈦酸鍶晶體管將成為一種廣泛應(yīng)用的電子器件 ，亦可發(fā)展成為鈦酸鍶集成電路 。 2. 制備一種非晶鈦酸鍶薄膜器件的制備方法 ， 包括：在基底表面旋涂底電極溶液后退火 ，形成底電極；在所述底電極表面旋涂鈦酸鍶溶液后進(jìn)行烘烤 ，形成酸鍶薄膜 ；將所述鈦酸鍶薄膜進(jìn)行退火處理，形成非晶薄膜 ；在所述非晶薄膜表面進(jìn)行電子束蒸發(fā)濺射形成頂電極，得到非晶鈦酸鍶薄膜器件 。 該非晶鈦酸鍶薄膜器件的最大的創(chuàng)新點(diǎn)在器件的主體氧化物薄膜層為非晶薄膜 ，并且制備方法工藝簡單，制備過程中對溫度的要求較低 ，能夠進(jìn)行批量生產(chǎn) ，而且制備得到的鈦酸鍶薄膜器件的穩(wěn)定性好、耐疲勞能夠循環(huán)使用 ，開關(guān)比大 ，400℃退火時(shí)開關(guān)比達(dá)到103，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛 。 |