● 摘要
自从1958年集成电路被发明以来，微电子技术领域已经得到了长足的发展。电子器件也朝着小型化和单片化发展，而这些都要求科学家们不断寻求新型材料。近几年，高介电常数材料CaCu3Ti4O12成为了一个研究热点。CaCu3Ti4O12（CCTO）材料具有高的介电常数（105），良好的温度稳定性和良好的电流-电压（I-V）非线性特征等优异的综合性能。CCTO材料所具有的这一系列良好的综合性能，使它有望广泛应用于高新技术领域，如可用作：高密度存储器、巨介电电容器、薄膜器件以及变阻器。此外，CCTO材料还具有不含铅，对环境无污染，制作成本低等优点。目前，为了推进该材料在微电子领域的实际应用，主要问题是降低CCTO材料在特定频段的介电损耗，以及提高其较低的压敏电压（Eb）。
本论文以CCTO基巨介电陶瓷材料为研究对象，基于实验室已得出的实验条件，通过材料复合和元素取代，实现了对其结构的控制，优化了该体系材料的介电性能以及电流-电压（I-V）非线性特征，推进了CCTO基陶瓷材料应用于电容器材料和压敏电阻材料。取得的实验结果如下：
（1）在空气中，采用传统的固相反应法制备了CCTO-xZnO(x=0,0.05,0.2,0.6,1.0)陶瓷样品，通过X射线衍射（XRD）研究了陶瓷的相结构，并且应用扫描电镜技术研究了样品的显微组织。实验结果显示ZnO的加入明显改变了CCTO基陶瓷材料的相结构和微观结构。进一步的介电性能测试的结果表明：ZnO掺杂CCTO基陶瓷材料的综合介电性能得到了优化，即保持了较高的介电常数（104），在此基础上降低了CCTO材料高频段的介电损耗（= 0.14，105 Hz），而且压敏电压（Eb）被提高到100 V/mm。而这与ZnO掺杂使样品的晶粒尺寸明显减小，晶界的比重增加，晶界肖特基势垒变高相关。
（2）采用固相反应法在空气中制备了CaCu3Ti4-xSnxO12 (x=0 ,0.02,0.04,0.06) (CCTSO)陶瓷样品。实验结果表明：少量的Sn元素掺杂后，提高了CCTO基陶瓷的综合性能，在保持高介电常数（104）的同时，样品的低频段的介电损耗得到了降低。样品的压敏电压从纯CCTO的32V/mm提高到92 V/mm。其中，对于x=0.06这个组分，样品有比较好的综合性能：= 38683，= 0.09（1 kHz），Eb = 92 V/mm，=4.9。
（3）采用传统的固相反应法在空气中制备了Ca (1-x) SrxCu3Ti (4-x) CoxO12 (x=0,0.1,0.2,0.3)陶瓷样品。测试结果表明：Sr、Co双掺杂破环了CCTO陶瓷的巨介电效应。具体表现为掺杂样品的介电常数在1kHz处，由104降到了102，样品的晶粒平均尺寸减小至2微米，并且已经变为绝缘性，从而导致介电常数突降，而这从反面也支持了IBLC理论的合理性。此外，对于x=0.2的样品，其介电损耗在300kHz ?50MHz较宽的频率范围内小于0.07，同时，介电常数保持在88以上。