浅析影响铁电陶瓷电阻率退化的主要因素

　　电阻率退化对广泛用于电容器的铁电陶瓷，如BaTiO3、SrTiO3等电阻率退化表现为在电场及温度场作用下，漏电流随时间延长而显著增大，即其电阻率随时间延长而逐渐下降，直至最终被击穿。电阻率退化通常发生在受主掺杂的钙钛矿铁电电介质中，因而认为电阻率退化主要与氧空位在电极间的重布有关。相对于晶体格点，氧空位是正电中心，且具有较小的迁移能，在强电场驱动下，它们将向阴极迁移，并在那里累积，而在阳极区域，氧空位被逐渐耗竭。这种氧空位重布的过程，将最终导致钙钛矿材料被转变成一个被电场正向偏置的p-n结，由此使得电阻率减小，其中氧空位越过晶界的迁移被认为是控制着电阻率退化过程速率。电光Kerr效应测量和光吸收谱分析的结果支持了上述观点。影响电阻率退化速率的主要因素有：

　　（1）掺杂元素的种类及浓度。受主杂质使电阻率退化的速率大大提高，施主杂质的作用与受主正相反。因为前者使铁电材料的氧空位浓度增大，而后者则使氧空位浓度降低。因而适当采用施主掺杂可降低材料的电阻率退化效应；

　　（2）晶粒大小。单晶、粗晶粒陶瓷及细晶粒陶瓷的电阻率退化速率依次降低。说明晶界起到了抑制氧空位迁移的势垒作用；

　　（3）材料的化学计量比、第二相成分及气孔率以及所采用的电极材料等；

　　（4）升温与增加应用电场会使材料的电阻率退化速率加快。

　　综上所述，氧空位对铁电陶瓷材料性能退化具有重要影响。但就其具体机制而言，不论是疲劳、老化还是对电阻率退化的看法，都存在争议。主要原因是人们对晶格中点缺陷行为、组态以及其在电场或应力场作用下变化和迁移规律的了解尚不充分，基于点缺陷与晶界、畴界及电极界面相互作用建立的诸多物理模型尚缺乏强有力的实验证据。此外，在客观上由于铁电材料性能退化往往是多种效应同时起作用的结果，单纯采用纯电性能测量的方法难以得出令人满意的解释，应采用多种不同的手段进行综合研究。认为内耗和电子顺磁共振方法应是两种较有效的研究手段。内耗作为对材料微观结构敏感的重要手段，能提供点缺陷的应力场或温度场作用下，点缺陷之间以及点缺陷与畴壁之间交互作用的动态行为的重要信息，提供氧空位对畴壁钉扎的直接的实验证据。而EPR测量则可提供缺陷偶极子在温场和直流电场作用下定向的丰富的信息。近年来，在对介电老化、疲劳及电阻率退化进行定性解释的基础上，尝试性地提出了一些定量的物理模型，以期对铁电材料性能退化的趋势及大小进行预计，根据这些定量模型求得的理论值与特定的实验结果也较吻合。但考虑到铁电材料中点缺陷与畴界、晶界及电极界面交互作用的复杂性，这些模型仍有待进一步的实验验证和修正完善。加强对铁电陶瓷材料性能退化机制的研究具有重要的理论与实际意义。