[发明专利]一种高介电常数低损耗SrTiO3基介质材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于介电陶瓷技术领域，具体涉及一种高介电常数低损耗SrTiO₃基介质材料及其制备方法。

背景技术

微电子信息技术的发展对介质电容器等器件提出了小型化、集成化、轻型化、智能化等要求，而电介质材料又是微电子器件中十分重要的组成部分，故人们对具有高介电常数、低介电损耗的的介电材料非常关注，尤其是其在介电储能电容器方面的应用。无铅介电材料CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)曾一度成为研究的热点，原因在于其具有巨介电常数(～10⁵)、表现不错的温度及频率稳定性，遗憾的是该类介质材料的介电损耗(～10％)偏大，很难在介电电容器这一块得到充分的应用。尽管对CCTO介质材料进行过不同种类的元素(如Na、Bi、Ta)掺杂，但其介电损耗偏高问题依旧没有得到实质性的解决。就目前而言，高介电常数的介电材料研究主要集中在钙钛矿型的陶瓷等方面。

具有典型ABO₃钙钛矿结构(Ti原子位于立方晶胞中心，周围被6个面心O原子所包围，形成[TiO₆]钛氧八面体)的SrTiO₃是一种量子顺电体介质材料，其介电损耗小，在居里点(Tc＝23k)以上，没有相变，呈立方相，热稳定高。与CCTO介质材料相比，表现出较低的介电损耗(～0.55％)和良好的温度稳定性，可室温下其介电常数(～306)远远小于CCTO介质材料，因此在保障低损耗同时提高介电常数成为了热门的研究方向。

目前以SrTiO₃为基体介质材料，对其进行诸多掺杂改性的研究报道有很多，如Bi掺杂SrTiO₃介质材料，介电损耗～10000，而介电损耗高～10％；Sb掺杂SrTiO₃介质材料，介电损耗～3500，介电损耗～1％；Ni掺杂SrTiO₃介质材料，介电损耗～400，介电损耗～0.4％；Pr掺杂SrTiO₃介质材料，介电损耗～3000，介电损耗～1.2％。存在的普遍问题是：在保证高的介电常数下，不能获得低的介电损耗或在低的介电损耗下，不能保证高的介电常数。因此，研究获得同时具有高介电常数、低介电损耗的介质材料是本领域当前的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种兼具高介电常数、低损耗的SrTiO₃基介质材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种高介电常数低损耗SrTiO₃基介质材料，所述介质材料结构式为Sr_yM_xTiO₃，其中M选自Ce、Er、Sm、Dy中的一种，式中0.01≤x≤0.03，1-1.8x≤y≤1-1.2x，x+y<1。

优选的是，0.01≤x≤0.02。

本发明还提供上述高介电常数低损耗SrTiO₃基介质材料的制备方法，步骤如下：以SrCO₃、M的氧化物、TiO₂为原料，按化学计量比混合后球磨，烘干，进行预烧得到预烧粉体，随后再次球磨预烧粉体，将球磨后的预烧粉体加入粘结剂造粒过筛，成型，通过排胶得到介质材料坯体，最后把介质材料坯体在空气下进行烧结得到高介电常数低损耗SrTiO₃基介质材料。

优选的是，所述SrCO₃纯度≥99.0％，所述M的氧化物纯度≥99.0％，所述TiO₂的纯度≥98.0％。

按上述方案，所述球磨为湿式球磨，球磨过程中加入球磨介质及分散剂，所述球磨介质为锆球(三种型号的锆球直径比为9：6：4，三种锆球质量比为3：4：3)，所述分散剂为酒精(加入量为球磨罐的2/3)，球磨时间为22～28小时。

按上述方案，所述预烧工艺条件为：在空气气氛下于1100～1160℃加热2～3小时。

按上述方案，所述粘结剂为PVA，粘结剂加入量为预烧粉体质量的5％。

按上述方案，所述排胶工艺条件为：以1℃/min的速率升温至600℃，保温2h，然后随炉冷却至室温。