片式多层元件电镀中氢致性能劣化和铅基铁电陶瓷/电极共烧界面研究

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本文包含三个部分研究,第一部分为弛豫铁电陶瓷片式多层电容器电镀中性能劣化和材料改性研究,第二部分为铁氧体片式多层电感器电镀中镀层边际生长研究,第三部分为Pb基片式多层陶瓷电容器直流偏压失效和Pb基铁电陶瓷/金属电极共烧界面研究。 通过系统的测量明确了弛豫铁电陶瓷电镀中性能劣化的形式,采用显微结构分析、XPS化学分析、AES分析、空气和氩气退火实验对此进行了深入研究。首次发现陶瓷表面的部分Nb5+、pb2+被电镀中产生的原子氢分别还原为Nb4+和金属Pb:AES分析发现陶瓷表面约15纳米深度范围内失氧;失效试样在高温空气退火中能够得到逐渐恢复,而在氩气退火后并未观察到明显的性能恢复。研究认为氢致陶瓷还原造成的电阻劣化是材料性能劣化的根本原因,并提出了弛豫铁电陶瓷电镀中氢致性能劣化机理。 对Co2Z、NiZnCu铁氧体片式多层电感电镀中镀层边际生长现象进行了研究,发现铁氧体材料电镀中的电性能、磁性能劣化现象,并结合显微结构分析、XPS化学分析和高温空气退火实验对此进行了深入研究。提出了铁氧体材料电镀中氢致电、磁性能劣化机理,丰富了本文所建立的氧化物陶瓷电镀中氢致性能劣化机理。 对Pb基铁电陶瓷片式多层电容器直流偏压失效和Pb基铁电陶瓷/电极金属共烧界面进行了深入研究,发现了失效试样中缺陷内电场的建立,同时发现自然放置过程中失效试样的逐渐恢复和缺陷内电场的消失。认为缺陷内电场起因于由Ag扩散生成的氧空位在直流偏压作用下的定向迁移。提出了Pb基片式多层陶瓷电容直流偏压下的氧空位迁移失效机理,同时合理地解释了电极中Ag含量对陶瓷电容可靠性的影响机制。 通过对Pb基铁电陶瓷/金属电极共烧界面的AES、HRTEM分析,提出了界面结构的四层界面模型,发现扩散进入陶瓷的Ag能够以金属和+1价离子形式共存。进一步通过Ag掺杂实验研究了扩散Ag对Pb基铁电陶瓷的化学、结构、性能、可靠性的影响。
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