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Temperature-stable dielectric materials in the system BaTiO3-Nb2O5-Co3O4

1994; Elsevier BV; Volume: 14; Issue: 5 Linguagem: Francês

10.1016/0955-2219(94)90085-x

1873-619X

Detlev Hennings, B. Seriyati Schreinemacher,

Dielectric properties of ceramics

Incorporation of Nb and Co and formation of dielectric ceramics were studied in ceramics of the system BaTiO3-Nb2O5-Co3O4. Temperature-stable dielectric materials of the specification 'X7R' were found, showing permittivities up to K ≅ 4800. The slow volume diffusion of Nb favours the formation of 'core-shell' structures in BaTiO3 which are responsible for the temperature-stability. Pentavalent Nb and divalent Co show a pronounced co-solubility in BaTiO3. At the atomic ratio Nb:Co = 2:1 semiconductive materials occur which show the PTCR effect. The ratio of Nb:Co = 2:1 strongly suggests charge compensation of [Nb5+]-donors by [Co2+]′'-acceptors on Ti sites, forming the complex [Nb5+2/3Co2+1/3]4+. The insulation resistance and life stability of thin dielectric layers of BaTiO3-Nb, Co X7R material are determined by the interconnection of lower insalating undoped BaTiO3 cores. The percolation limit depends on the dispersal of Nb2O5 and Co3O4 over the BaTiO3. Der Einbau von Nb und Co und die Bildung temperaturstabiler dielektrischer Keramiken wurden in Keramiken des Systems BaTiO3-Nb2O5-Co3O4 untersucht. Temperaturstabile Materialien der Spezifikation 'X7R' mit Dielektrizitätskonstanten bis zu εr ≅ 4800 wurden gefunden. Die geringe Volumendiffusion von Nb und Co begünstigt die Entstehung von 'core-shell'-Strukturen und ist eine wichtige Voraussetzung fur die Bildung temperaturstabiler Materialien. Nb und Co zeigen eine ausgeprägte Konsolubilität auf den Titanplätzen des Perowskitgitters. In der Nähe des atomaren Verhältnisses Nb:Co ≅ 2:1 treten halbleitende Keramiken auf, die den PTCR-Effekt zeigen. Das atomare Verhältnis von Nb:Co = 2:1 legt nahe, daß Ladungskompensation von [Nb5+]-Donatoren und [Co2+]′'-Akzeptoren auf den Ti-Plätzen des Perovskitgitters stattfindet. Der Isolationswiderstand und die Lebensdauer von dünnen dielektrischen Schichten werden maßgeblich durch die Perkolation der BaTiO3-cores bestimmt, die eine höhere ionische Leitfähigkeit aufweisen als das dotierte Material. L incorporation de Nb et Co et la formation de céramiques diélectriques ont été étudiées dans le système BaTiO3-Nb2O5-Co3O4. Un matériau diélectrique stable en température de spécification 'X7R' a été mis au point avec une permittivité K ≈ 4800. La faible diffusion en volume de Nb favorise la formation d'une structure 'core-shell' dans BaTiO3, laquelle est responsable de la stabilite en température. Le Nb pentavalent et le Co divalent montrent une co-solubilité prononcée dans BaTiO3. Un matériau semi-conducteur apparait pour un raport atomique Nb:Co = 2:1 montrant l'effet PTCR. Ce rapport Nb:Co = 2:1 suggère fortement un effet de compensation de charge des [Nb5+]-donneurs par [Co2+]′'-accepteurs sur les sites Ti, formant le complexe [Nb5+2/3Co2+1/3]4+. La résistance d'isolation et la stabilité de couches minces diélectriques de matériaux BaTiO3-Nb, Co X7R sont déterminées par interconnexion de coeurs en BaTiO3 non dopés et de faible effet isolant. La limite de percolation dépend de la dispersion de Nb2O5 et Co3O4 dans BaTiO3.