文 献 综 述

1 研究背景

材料是人类社会文明及发展的物质基础，材料的开发和应用对人类社会的进步起到了极为关键的作用。材料与能源、信息已经成为当代社会发展的三大支柱，其作用和意义是不言而喻的。

近些年来，随着信息技术，人工智能，自动控制技术的飞速发展，具有多种功能特性的功能陶瓷已经广泛的应用于各个领域。电子陶瓷作为功能陶瓷的重要类型，于20世纪70年代后期逐渐兴起，并且凭借自身优异的性能成为了国际竞争极为激烈的新材料之一。电子陶瓷被看作为电子，光电子，信息与自动化等行业的重要基础，在建设社会主义现代化和发展国民经济上具有重要作用。

电子陶瓷在小型化和便携式电子产品中占有十分重要的地位，随着电子信息技术的发展，人们对电子元件小型化和微型化的需求越来越迫切，而电子元件，特别是以电子陶瓷作为基础的各类无源元器件，是实现整机小型化和微型化的主要瓶颈^[1]。

高介电常数薄膜材料由于具有较高的电荷存储能力, 从而可开发成为集成电路上的芯片电容, 减少集成电路上电容所占面积, 因而日益受到人们的关注。电子陶瓷用钛酸盐是典型的电子材料, 也是发展最早的钙钛矿型铁电体, 不但具有优良的压电、铁电、介电、热释电性, 而且具有很好的电光性能和非线性光学效应, 在当今科技领域中占有重要的地位,是电子工业的重要材料。因而, BaTiO₃ 薄膜既可用于研制微电子器件, 还可以与超导薄膜相结合, 发展铁电/ 超导器件。结晶良好、性能优异的BaTiO3薄膜是目前热点研究之一^[2]。

2 钛酸钡（BTO）结构与性能

钛酸钡（BTO）属于ABO₃复合钙钛矿铁电材料，Ba占据着钙钛矿结构的A位，Ti占据着钙钛矿的B位^[3]。BaTiO₃陶瓷的居里温度点约为120℃左右，在不同的的温度区有不同的相结构。在高于120℃的温度区，立方相是稳定的每个Ti⁴ 位于六个O^2-离子组成的八面体的中心，不发生自发极化；在120℃到5℃之间，四方相是稳定的，自发极化沿[0 0 1]方向；在5 ℃到-90 ℃之间，斜方相是稳定的，自发极化沿[1 1 0]方向；在-90 ℃以下，三方相是稳定的，自发极化沿[1 1 1]方向。纯BaTiO₃陶瓷的介电损耗比较大（约达0.01到0.02），介电常数在常温下约为1400，且随温度变化比较平坦，而在居里点附近，介电常数增长很快，并在居里点处达到峰值（εr 约6000-10000）。

图1.钙钛矿结构图

BaTiO₃是钛酸盐系列电子陶瓷的基础母体原料，被称为电子陶瓷业的支柱。它具有高介电常数和低介电损耗的特点，有优良的的铁电、压电、耐压和绝缘性能。总的来说，BaTiO₃压电陶瓷材料具有居里点高、四方相矫顽场大、晶格结构各向异性大，难于烧结和人工极化。