Введение к работе
.... ^о^'
Актуальность работы. Толстопленочные емкостные структуры на основе композиционных диэлектриков обладают рядом уникальных свойств, стимулирующих разработку новых материалов и совершенствование технологических процессов их получения. Особую популярность в технологии микросборок данные элементы завоевали благодаря высокой степени надежности и вследствие отсутствия паяных соединений, а также относительно малой стоимости и простоты изготовления. Наряду с использованием толстопленочных конденсаторов (ТПК) в качестве накопительных структур, они находят широкое применение и в качестве разнообразных сенсоров. Особый интерес представляют толстопленочные термочувствительные элементы (ТЧЭ), поскольку температура является одним из важнейших физических параметров. По сравнению с тонкопленочными и полупроводниковыми датчиками температуры данные элементы отличаются меньшей стоимостью, возможностью быстрого изменения параметров до необходимых величин.
Одним из важных аспектов является технологическое управление свойствами ТПК, которые во многом определяются свойствами используемых для их производства материалов. С целью миниатюризации необходимо повышение удельной емкости изделий, которое может быть достигнуто, во-первых, применением в диэлектрических пастах для ТПК наполнителя с высокой диэлектрической проницаемостью и, во-вторых, оптимизацией гранулометрического состава композиций.
Первое из этих направлений связано с разработкой новых керамических материалов с высокими значениями диэлектрической проницаемости и /дельного объемного сопротивления при малой величине тангенса угла тиэлектрических потерь. При этом наиболее широкое применение в толстых лленках для конденсаторов находят твердые керамггческие іеровскитоподобньїе соединения с добавками, улучшающими их свойства. В тайном случае очень важной оказывается проблема экспериментального и теоретического исследования и моделирования структуры соединений и их тараметров в зависимости от стехиометрии состава и технологических условий юлучения. Причем повышение диэлектрической проницаемости керамики іедет к увеличению температурного коэффициента емкости (ТКЕ), что важно іри использовании ТПК как датчика температуры.
Второе направление связано с технологическими процессами получения [сходных порошковых материалов различного состава и различной [исперсности, включающими криотермотехнологию и радиациошю-ермические воздействия.
Таким образом задача разработки, исследования и моделирования :араметров композиционных материалов и толстопленочных конденсаторов на х основе является актуальной, имеющей важное значение для твердотельной лектроники и микроэлектроники.
' Целью работы является разработка технологии и исследование свойсте толстопленочных и монолитных конденсаторов на основе твердых сегпетоэлектрических растворов Ba(Tit_xZrx)02 с добавками ультрадисперсных MgNb-Pi и Sbp3 с высокими диэлектрическими параметрами v термочувствительностью вблизи точки Кюри.
Для достижения указанной цели в работе решались задачи:
1. Совершенствование технологии изготовления ТОЛСТЫ)
диэлектрических пленок и объемных конденсаторных образцов на основі
керамического композиционного материала с высокой дизлектрическоі
проницаемостью.
-
Отработка методов измерения параметров сегнетокерамики і конденсаторных образцов на ее основе.
-
Исследование электрических характеристик толстопленочных і монолитных конденсаторов в зависимости от температуры, частоты внешней электрического поля и состава твердых растворов.
4. Моделирование температурной зависимости диэлектрических свойст]
сегнетоэлектрических композиционных материалов различной стехиометрии.
5. Выбор оптимального состава твердых растворов на основ1
Ba{TiUxZrх)02 с повышенной чувствительностью к температуре вблизи точи
Кюри.
Научная новизна.
1. Экспериментально найдены зависимости электрических свойст
керамических композиционных твердых растворов от их состава
температуры.
2. Разработана математическая модель, позволяющая производить расче
диэлектрической проницаемости многофазных материалов с учетом процессо
растворения наполнителя в стеклосвязующем.
3. Проведено математическое моделирование структурных фазовы
переходов в сегнетоэлектрических твердых растворах, в результате чег
определены параметры фазового перехода.
4. Рассчитаны теоретические значения диэлектрических проницаемосте
толстых пленок для ТПК при использовании композиционных сегнетокерами
на основе титаната-цирконата бария с высоким значением диэлектрическо
проницаемости, а также проведено сравнение расчетных и экспериментальны
результатов.
Практическая ценность. 1. Разработана технология получения сегнетозлектрическої композиционного материала с высокими диэлектрическими свойствам] обеспечивающая высокие показатели когезии и адгезии к подложке,
. 2. Разработана технология получения толстопленочных конденсаторов использованием порошков высокой дисперсности.
3. Получены толстопленочные и монолитные конденсаторы на осної композиционных сегнетоэлектриков состава Ba{Ji^xZrx)Oy с добавка\: ультрадисперсных MgNb 206 и Sbp3.
4. Определены параметры термочувствительных толстопленочных и
монолитных конденсаторов на основе твердого раствора Ва{Тц_х2гх)0ъ с
добавками ультрадисперсных MgMb206 и Sbfi3.
5. Показана возможность использования толстопленочных и монолитных
конденсаторов в качестве датчиков температуры.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Исследуемые материалы на основе Ba{Tii_sZrx)Ob со значением
концентрации циркония х от 0.07 - 0.14 имеют точку Кюри, соответствующую
максимуму диэлектрической проницаемости, близкую к комнатному диапазоігу
температур 15-3Of.
-
С увеличением концентрации х точка фазового перехода смещается в область более низких температур, причем возможен расчет состава керамики для получения необходимого значения температуры Кюри.
-
Моделирование фазового перехода в сегнетоэлектрических твердых растворах позволяет определить константы, характеризующие диполь-дипольное взаимодействие, а также определить температурное положение точки фазового перехода.
' 4. На основе исследованных монолитных и толстопленочных конденсаторов можно получить датчики температуры с более высокими параметрами по сравнению с отечественными и зарубежными аналогами. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были-доложены на: научно-технической конференции "Актуальные проблемы материаловедения в электронной технике" (Ставрополь, 1995); 5-ой научно-практической конференции молодых ученых Ульяновского государственного университета (Ульяновск, 1996); 3-й Российской университетско-академической научно-практической конференции (Ижевск, 1997); 4-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники", (Таганрог, 1997); 1-й научно-практической конференции "Формирование учебных умений в процессе реализации стандартов образования" (Ульяновск, 1997); 2-й научно-практической конференции "Формирование учебных умений в процессе реализации стандартов образования" (Ульяновск, 1998). Методы исследования и достоверность результатов. При выполнении работы использованы стандартные электрические методы исследования характеристик толстопленочных и объемных конденсаторов, а также рентгеноструктурные методы исследования композиционных керамик для ТПК. Измерения проводились с помощью стандартных электро-радиоизмерительных приборов и оборудования, погрешность измерения которых обеспечивает достоверность полученных в диссертационной работе результатов. Достоверность результатов диссертации основана также на согласовании теоретических расчетов, выполненных на основе предложенных моделей с использованием прикладных программ для ЭВМ, с результатами экспериментальных исследований.
Личное участие автора. В диссертационной работе изложены результаты работ, которые были выполнены автором лично и в соавторстве. В работах, выполненных автором в соавторстве, автор разрабатывал методики исследований, принимал участие в изготовлении измерительных установок и оборудования, проводил теоретические расчеты и эксперименты, осуществлял обработку, анализ и обобщение получаемых результатов.
Публикации. По результатам выполненных в диссертационной работе исследований опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 155 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов, приложения, содержит 41 рисунок, 16 таблиц и список использованных литературных источников из 186 наименований.
