CaCu3Ti₄O₁₂(以下簡稱CCTO)陶瓷是一種非鉛基的、具有高介電常數且不隨溫度明顯變化的新型高介電陶瓷材料，也被稱為類鈣鈦礦型非鐵電巨介電非線性壓敏陶瓷材料，因其超常的巨介電常數及熱穩定性而表現出廣泛的應用前景。

近日，中國科學院新疆理化技術研究所研究員常愛民團隊通過對CCTO陶瓷材料晶粒和晶界效應的研究，深度剖析了CCTO陶瓷材料電性能在高溫區非線性的物理機制；通過Fe³⁺誘導CCTO陶瓷材料的能帶結構，實現了CCTO陶瓷材料電性能在高溫區的線性化。研究成果發表于“應用物理快報”。

論文地址：https://doi.org/10.1063/5.0096124

多晶半導體材料具有價格低廉、易于制造、應用前景廣闊等優點。然而，晶界的存在使其與單晶材料有著本質的區別，帶來了很多優點，也帶來了很多不足。如何通過缺陷工程調節晶粒的能帶結構和GBs的勢壘對于實現高性能電子器件至關重要。

團隊結合阻抗譜和第一性原理的分析方法，發現CCTO陶瓷材料的晶粒電阻率在575K以后會表現出異常的正溫度系數（PTC，Positive Temperature Coefficient）特性，這是導致CCTO陶瓷材料lnρ-1000/T曲線在高溫區非線性的主要原因。

CCTO基熱敏材料高溫區線性化機理

Fe³⁺可以改變CCTO材料的能帶結構，第一性原理計算表明，Fe³⁺摻雜使材料的禁帶變窄，并且在禁帶中誘發出了新的雜質能級，這與由阻抗譜得出的晶粒電阻率與溫度的依賴關系向低溫區偏移的結論相符。這種偏移導致晶粒電阻率在應用溫域以內沒有單調的變化，從而增強了CCTO材料的lnρ-1000/T曲線在高溫區的線性度。此外，Fe³⁺可以通過改變晶界的活化能在很大范圍內調節CCTO材料的活化能，從而擴大了CCTO陶瓷材料的應用溫區。該研究方法中基于Fe³⁺摻雜對陶瓷晶粒和晶界的調控機制，為多晶半導體陶瓷材料的研究提供了新的途徑。

參考來源：中科院網站

本文為粉體圈原創作品，未經許可，不得轉載，也不得歪曲、篡改或復制本文內容，否則本公司將依法追究法律責任。