Übersicht über Strontiumtitanat

Anwendungshintergrund und Überblick über Strontiumtitanat

Strontiumtitanat hat eine hohe Dielektrizitätskonstante und ist ein wichtiger Rohstoff für elektronische Keramikpulver. Seine Produkte zeichnen sich durch einen geringen dielektrischen Verlust und eine gute thermische Stabilität aus und werden daher häufig in der Elektronikindustrie eingesetzt. In naturwissenschaftlichen Fachzeitschriften gibt es viele Berichte über die Herstellung von Strontiumtitanat. Die typischste Methode ist die Labormethode, die von der „Forschung zu neuen Methoden zur Synthese von Strontiumtitanatpulver“ in der anorganischen Salzindustrie im Jahr 2002 bereitgestellt wurde. Bei dieser Methode werden Titantetrachlorid und Strontiumchlorid als Rohstoffe, Ammoniumcarbonat und Ammoniakwasser als Fällungsmittel verwendet und chemische Copräzipitation zur Synthese von Strontiumtitanatpulver verwendet. Der Einfluss der Prozessbedingungen auf die Produktreinheit und das Strontium-Titan-Verhältnis wird untersucht.

Die Reaktionsbedingungen sind, dass das Molverhältnis von Titantetrachlorid zu Strontiumchlorid 1,02 beträgt, das Molverhältnis von Ammoniumcarbonat zu Strontiumchlorid 1,40 beträgt, die Reaktionstemperatur Raumtemperatur ist und eine Kalzinierung bei 900 ° C für 4 Stunden erforderlich ist; Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass sie eine lange Kalzinierungszeit erfordert und die Partikelgrößenverteilung aufgrund des Wachstums einiger Strontiumtitanat-Körner ungleichmäßig sein kann; Darüber hinaus haben einige Studien den Kristallisationsmechanismus von Strontiumtitanat detailliert beschrieben, seine Herstellungsmethode und die Lösung zur Synthese von Strontiumtitanat sind jedoch in der industriellen Produktion weniger durchführbar. Zu den weltweiten Methoden zur Herstellung von Strontiumtitanat gehören die Festphasenmethode, die Kopräzipitationsmethode, die Sol-Gel-Methode, die Methode mit organischen komplexen Vorläufern und andere Verfahren.

Beim Festphasenverfahren werden Titanoxid und Strontiumcarbonat bei hoher Temperatur kalziniert. Da die Partikelgrößenverteilung von Strontiumtitanat nach der Kalzinierung schwer zu kontrollieren ist und die Reinheit gering ist, wirkt sich dies stark auf die Leistung des Produkts aus. Die Kopräzipitation ist die früheste Methode zur Synthese ultrafeiner, hochreiner Metalloxidpartikel durch eine chemische Reaktion in der Flüssigphase. Die Fällungsmethode ist kostengünstig, weist jedoch die folgenden Probleme auf: Der Niederschlag ist normalerweise kolloidal und lässt sich nur schwer waschen und filtrieren. Das Fällungsmittel lässt sich leicht als Verunreinigung vermischen und verschiedene Komponenten können während des Fällungsprozesses getrennt werden, und einige Niederschläge werden beim Waschen aufgelöst.

Darüber hinaus ist die Anwendung dieser Methode ebenfalls begrenzt, da es bei einer großen Anzahl von Metallionen nicht leicht zu Fällungsreaktionen kommt. Das Sol-Gel-Verfahren verwendet im Allgemeinen organische Metallalkoxide als Rohmaterial und erhält durch Hydrolyse, Polymerisation, Trocknung und andere Prozesse einen festen Vorläufer und erhält schließlich durch geeignete Wärmebehandlung ein Nanomaterial; Da Metallalkoxid als Rohstoff verwendet wird, sind die Kosten dieser Methode relativ hoch und der Gelierungsprozess ist langsam, sodass der allgemeine Synthesezyklus relativ lang ist.

Darüber hinaus lassen sich einige Metallionen, die nicht leicht zu hydrolysieren und zu polymerisieren sind, nur schwer fest an das Gelnetzwerk binden, was die Art der mit dieser Methode erhaltenen ultrafeinen hochreinen Mischoxide einschränkt. Daher treten bei der Herstellung von Strontiumtitanat durch die derzeitige Festphasenmethode, Kopräzipitationsmethode, Sol-Gel-Methode, organische komplexe Vorläufermethode und andere Verfahren Mängel und Defekte auf.

Strontiumtitanat ist ein wichtiger Rohstoff in der Elektronikindustrie, der zur automatischen Einstellung von Heizelementen und zur Herstellung von Bauteilen mit Entmagnetisierung verwendet wird. Im Keramikbereich wird es zur Herstellung von Keramikkondensatoren, piezoelektrischen Keramikmaterialien, empfindlichen Keramikelementen und Mikrowellenkeramikelementen verwendet. Es kann auch als Pigmente, Emaille, hitzebeständige Materialien und Isoliermaterialien verwendet werden. Strontiumtitanat-Einkristalle können als optische Materialien und künstliche Edelsteine ​​verwendet werden.

Strontiumtitanatkristalle haben einen hohen Brechungsindex und eine hohe Dielektrizitätskonstante und ihre Einkristalle werden als optische Materialien und künstliche Edelsteine verwendet. Es wurden auch Niedertemperatursupraleiter auf Basis von Strontiumtitanat hergestellt. Beispiele für seine Anwendungen sind wie folgt:

1. Bereiten Sie einen Strontiumtitanat-Transistor mit einem einfachen Prozess und guter Stabilität vor.

Unter Verwendung von Substitutionsdotierungsverfahren, Laser-Molekularstrahlepitaxie, gepulster Laserabscheidung, Magnetronsputtern, Elektronenstrahlverdampfung oder Molekularstrahlepitaxie und anderen Filmherstellungsverfahren werden n-Typ-Strontiumtitanat-Dünnfilmmaterialien SrAxTi1-xO3 oder Sr1-xLaxTiO3, wobei A Nb oder Sb ist, auf Einkristallsubstraten (wie SrTiO3, YSZ, LaAlO3, Nb:SrTiO3 usw.); Es werden p-Typ-Strontiumtitanat-SrBxTi1-xO3-Dünnschichtmaterialien hergestellt, wobei B In oder Mn ist. Alle x-Werte liegen im Bereich von 0,005 bis 0,5.

Wenn eine Schicht aus Strontiumtitanat vom p-Typ und eine Schicht aus Strontiumtitanat vom n-Typ epitaktisch zusammengewachsen werden, bilden diese beiden Schichten aus Strontiumtitanatfilmen mit unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen an der Grenzfläche einen pn-Übergang, und dieser pn-Übergang stellt eine Strontiumtitanat-Kristalldiode dar; Wenn eine Schicht aus Strontiumtitanat vom p-Typ, eine Schicht aus Strontiumtitanat vom n-Typ und eine weitere Schicht aus Strontiumtitanat vom p-Typ epitaktisch zusammengewachsen werden, bilden diese drei Schichten aus Strontiumtitanatfilmen einen pnp-Übergang, und dieser pnp-Übergang stellt eine pnp-Strontiumtitanat-Triode dar; Wenn eine Schicht aus Strontiumtitanat vom n-Typ, eine Schicht aus Strontiumtitanat vom p-Typ und eine weitere Schicht aus Strontiumtitanat vom n-Typ epitaktisch zusammengewachsen werden, bilden diese drei Schichten aus Strontiumtitanatfilmen einen NPN-Übergang, und dieser NPN-Übergang stellt eine NPN-Strontiumtitanat-Triode dar.

Der Strontiumtitanat-Transistor verwendet einen vollständigen Epitaxieprozess, sodass die Dicke und Trägerkonzentration jeder Schicht leichter zu steuern ist als beim Germanium-Silizium-Transistor und der Übergang schärfer ist. Strontiumtitanat hat einen hohen Schmelzpunkt und eine gute Stabilität, sodass Strontiumtitanat-Transistoren zu einem weit verbreiteten elektronischen Gerät werden und auch zu integrierten Strontiumtitanat-Schaltkreisen entwickelt werden können.

2. Ein Verfahren zur Herstellung einer amorphen Strontiumtitanat-Dünnschichtvorrichtung,

einschließlich: Schleuderbeschichten einer unteren Elektrodenlösung auf der Oberfläche eines Substrats und anschließendes Tempern, um eine untere Elektrode zu bilden; Aufschleudern einer Strontiumtitanatlösung auf die Oberfläche der unteren Elektrode und anschließendes Backen, um einen sauren Strontiumfilm zu bilden; Glühen des Strontiumtitanatfilms, um einen amorphen Film zu bilden; Elektronenstrahlverdampfung, Sputtern auf der Oberfläche des amorphen Films, um eine obere Elektrode zu bilden und eine amorphe Strontiumtitanat-Dünnfilmvorrichtung zu erhalten.

Die größte Innovation des Dünnschichtgeräts aus amorphem Strontiumtitanat besteht darin, dass die Hauptoxidschicht des Geräts ein amorpher Film ist und die Herstellungsmethode einfach ist, der Temperaturbedarf während des Herstellungsprozesses gering ist und eine Massenproduktion durchgeführt werden kann. Darüber hinaus weist das vorbereitete Strontiumtitanat-Dünnschichtgerät eine gute Stabilität und Ermüdungsbeständigkeit auf und kann recycelt werden. Es hat ein großes Schaltverhältnis. Beim Glühen bei 400 ° C erreicht das Schaltverhältnis 103 und es hat ein breites Anwendungsspektrum.