层状电介质复合结构

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1、浙江大学博士学位论文摘要近年来，层状电介质复合结构因其在介电、铁电、压电、热释电等方面独特而有用的性质吸引了人们越来越多的关注。本论文研究了该领域的两个重要课题：层状电介质复合结构的微波介电特性及铁电特性。首先，研究了共烧的MgTi03．CaTi03和MgTi03一SrTi03层状复合陶瓷在高频(1MHz)．fI]微波频率下的介电特性。层状复合陶瓷在1MHz下的等效介电常数和介电常数温度系数符合串联模型，且两者仅取决于终端材料的体积百分含量，与叠层方式无关。而层状复合陶瓷在微波频率、TEoll谐振模式下的等效介电常数却偏离串联模型很远，且除了终端材料的体积百分含量，叠层方式对其也有显著影响。将

2、分别烧结的MgTi03和CaTi03陶瓷直接叠在一起，可构成“叠层介质谐振器”。研究发现，除了CaTi03的体积百分含量外，叠层方式和谐振模式对叠层介质谐振器的微波介电特性也有着显著的影响。有限单元分析能够精确预测叠层介质谐振器的微波介电特性，并揭示叠层方式和谐振模式的影响是由于电场分布的差异。这也是层状复合陶瓷在高频下和在微波频率、TE01l模式下介电行为不同的原因。为了得到近零的谐振频率温度系数，研究了TEo。6模式下的Ca(Mgl／3Nb-2，3)03一Ba(Znlc3Nbz,3)03叠层介质谐振器。对每种叠层方式，均可通过调节Ba(Znl／3Nb2，3)03的体积百分含量同时得到高介电

3、常数、高Qf值和近零的谐振频率温度系数。谐振频率温度系数近零时，Ba(Znl，3Nb2，3)03的体积百分含量取决于叠层方式，而不同叠层方式对应的等效介电常数和0f值却很接近。考虑到实际应用，研究了用绝缘胶粘接的Ca(Mgl，3Nb2／3)03．Ba(ZnI，3Nb2，3)03叠层介质谐振器。绝缘胶对谐振频率、等效介电常数及谐振频率温度系数的影响很小，由其引起的Qf值的降低也在可接受的范围内。用绝缘胶粘接的叠层介质谐振器适于实际应用，是制各具有层状复合结构的微波介质谐振器的一种简单、有效的方法，并可以通过自由组合具有相反谐振频率温度系数的两种材料以达到微波介电性能的协调和优化。同时，配合有限单

4、元分析，能够使此类谐振器的设计过程大大简化。在接下来的工作中，通过有限单元分析对叠层介质谐振器进#gT进一步的研、V·层状电介质复合结构究。与叠层方式及谐振模式一样，叠层介质谐振器的尺寸也对其微波介电特性有影响。可以认为，叠层介质谐振器的微波介电性能是非本征的，这与单层介质谐振器不同。对于具有四类叠层方式((刖B)n、(B／A)。、(Am)。／A或(B／A)。／B)的叠层介质谐振器而言，随着层数的增加，其在TEol8模式下的等效介电常数及Qf值趋近于并联模型，谐振频率温度系数则趋近于并联模型附近一极限。这一性质对所有TEon。模式均适用。本文最后研究了Pb(Zr，T003基和Pb(Nb，zr,

5、Sn，Ti)03基的铁电／反铁电层状复合陶瓷的铁电特性。当最大外加电场为40kV／cm时，Pb(Zr,Ti)03基层状复合陶瓷的电滞回线介于铁电体和反铁电体的电滞回线之间，最大和剩余极化随着反铁电层体积百分含量的增加明显降低。这些结果与以往有关铁电．反铁电异质结构的报道一致。而当最大外加电场为40kV／cm时，Pb(Nb，Zr,Sn，Ti)03基层状复合陶瓷则有着典型的铁电型电滞回线，其最大和剩余极化随着反铁电层体积百分含量的增加仅有很小的下降，并一直保持很高的值。这些区别是由于Pb(Nb，Zr,Sn，Ti)03基层状复合陶瓷中的反铁电体具有很低的铁电．反铁电转变电场。这一结果对铁电．反铁电异

6、质结构在非易失型铁电随机存贮器中的应用有着重要的意义。关键词：电介质复合结构；介质谐振器；微波介电特性；有限单元分析；铁电特性VI浙江大学博士学位论丈AbstractIntherecentyears，layereddielectriccomplexstructureshaveattractedmoreandmorescientificattentionsfort}leiruniqueandusefuldielectric，ferroelectric，piezoelectricandpyroelectriccharacteristics．Thisthesisfocusedonthemicrowa

7、vedielectriccharacteristicsandferroelectriecharacteristicsofthelayereddielectriccomplexstructures，whichweretwoimportantissuesinthisarea．Thedielectriccharacteristicsoftheco--sinteredMgTi03-·CaTi03andMg