Na presente Dissertação, foram caracterizadas as estruturas dos filmes dielétricos (dióxido de silício) crescidos termicamente sobre carbeto de silício monocristalino (c-SiC) e as interfaces formadas. Através de análises por Espectroscopia de Fotoelétrons Induzidos por Raios X, foi verificada a presença de uma camada interfacial de oxicarbeto de silício, gerado durante a oxidação térmica do c-SiC. Com técnicas de análise com feixe de íons (Análise por Reação Nuclear e Espectroscopia de Retroespalhamento Rutherford em geometria canalizada) foi possível determinar a espessura do filme dielétrico formado através de ajustes das curvas obtidas. Os dados de espessura foram comparados aos obtidos por Microscopia Eletrônica de Transmissão, técnica que também permitiu identificar a interface irregular entre o filme dielétrico e o substrato monocristalino através de imagens de alta resolução. A Espectroscopia de Perda de Energia de Elétrons, auxiliada pela análise de Microscopia Eletrônica de Transmissão-Varredura, permitiu verificar a existência da camada interfacial de oxicarbeto de silício através de pequenas alterações nas curvas obtidas em aquisições em perfil entre o substrato e o filme dielétrico. / In this dissertation, structures of dielectric films (silicon dioxide) thermally grown on single crystal silicon carbide (c-SiC) and the interfaces formed were characterized. An interfacial layer of silicon oxycarbide generated during thermal oxidation of c-SiC was detected through X-ray Photoelectron Spectroscopy analysis. The thickness of the dielectric film formed was determined using ion beam techniques (Nuclear Reaction Analysis and Rutherford Backscattering Spectroscopy in channeling geometry), through adjustments of the obtained curves. The thicknesses data were compared to those obtained by Transmission Electron Microscopy, technique that also identified the irregular interface between the dielectric film and the crystal substrate by High-Resolution images. The Electron Energy Loss Spectroscopy and Scanning Transmission Electron Microscopy analysis allowed to verify the existence of interfacial layer of silicon oxycarbide through small changes in the curves obtained in profile between the substrate and the dielectric film.

Na presente Dissertação, foram caracterizadas as estruturas dos filmes dielétricos (dióxido de silício) crescidos termicamente sobre carbeto de silício monocristalino (c-SiC) e as interfaces formadas. Através de análises por Espectroscopia de Fotoelétrons Induzidos por Raios X, foi verificada a presença de uma camada interfacial de oxicarbeto de silício, gerado durante a oxidação térmica do c-SiC. Com técnicas de análise com feixe de íons (Análise por Reação Nuclear e Espectroscopia de Retroespalhamento Rutherford em geometria canalizada) foi possível determinar a espessura do filme dielétrico formado através de ajustes das curvas obtidas. Os dados de espessura foram comparados aos obtidos por Microscopia Eletrônica de Transmissão, técnica que também permitiu identificar a interface irregular entre o filme dielétrico e o substrato monocristalino através de imagens de alta resolução. A Espectroscopia de Perda de Energia de Elétrons, auxiliada pela análise de Microscopia Eletrônica de Transmissão-Varredura, permitiu verificar a existência da camada interfacial de oxicarbeto de silício através de pequenas alterações nas curvas obtidas em aquisições em perfil entre o substrato e o filme dielétrico. / In this dissertation, structures of dielectric films (silicon dioxide) thermally grown on single crystal silicon carbide (c-SiC) and the interfaces formed were characterized. An interfacial layer of silicon oxycarbide generated during thermal oxidation of c-SiC was detected through X-ray Photoelectron Spectroscopy analysis. The thickness of the dielectric film formed was determined using ion beam techniques (Nuclear Reaction Analysis and Rutherford Backscattering Spectroscopy in channeling geometry), through adjustments of the obtained curves. The thicknesses data were compared to those obtained by Transmission Electron Microscopy, technique that also identified the irregular interface between the dielectric film and the crystal substrate by High-Resolution images. The Electron Energy Loss Spectroscopy and Scanning Transmission Electron Microscopy analysis allowed to verify the existence of interfacial layer of silicon oxycarbide through small changes in the curves obtained in profile between the substrate and the dielectric film.

Na presente Dissertação, foram caracterizadas as estruturas dos filmes dielétricos (dióxido de silício) crescidos termicamente sobre carbeto de silício monocristalino (c-SiC) e as interfaces formadas. Através de análises por Espectroscopia de Fotoelétrons Induzidos por Raios X, foi verificada a presença de uma camada interfacial de oxicarbeto de silício, gerado durante a oxidação térmica do c-SiC. Com técnicas de análise com feixe de íons (Análise por Reação Nuclear e Espectroscopia de Retroespalhamento Rutherford em geometria canalizada) foi possível determinar a espessura do filme dielétrico formado através de ajustes das curvas obtidas. Os dados de espessura foram comparados aos obtidos por Microscopia Eletrônica de Transmissão, técnica que também permitiu identificar a interface irregular entre o filme dielétrico e o substrato monocristalino através de imagens de alta resolução. A Espectroscopia de Perda de Energia de Elétrons, auxiliada pela análise de Microscopia Eletrônica de Transmissão-Varredura, permitiu verificar a existência da camada interfacial de oxicarbeto de silício através de pequenas alterações nas curvas obtidas em aquisições em perfil entre o substrato e o filme dielétrico. / In this dissertation, structures of dielectric films (silicon dioxide) thermally grown on single crystal silicon carbide (c-SiC) and the interfaces formed were characterized. An interfacial layer of silicon oxycarbide generated during thermal oxidation of c-SiC was detected through X-ray Photoelectron Spectroscopy analysis. The thickness of the dielectric film formed was determined using ion beam techniques (Nuclear Reaction Analysis and Rutherford Backscattering Spectroscopy in channeling geometry), through adjustments of the obtained curves. The thicknesses data were compared to those obtained by Transmission Electron Microscopy, technique that also identified the irregular interface between the dielectric film and the crystal substrate by High-Resolution images. The Electron Energy Loss Spectroscopy and Scanning Transmission Electron Microscopy analysis allowed to verify the existence of interfacial layer of silicon oxycarbide through small changes in the curves obtained in profile between the substrate and the dielectric film.

Resumo: O objetivo central deste trabalho foi obter cerâmicas de Ba(Ti1-xZrx)O3 puras e modificadas com íons vanádio (V5+) ou tungstênio (W6+) pelo método convencional de mistura de óxidos com elevada permissividade dielétrica. A fase pura foi obtida controlandose a temperatura de sinterização e quantidade de aditivos. Inicialmente, preparou-se e caracterizou-se as cerâmicas de Ba(Ti1-xZrx)O3, com x variando de 0,05 até 0,15. A composição com uma única transição de fase ferroelétrica-paraelétrica foi a escolhida para substituição com vanádio e tungstênio. Investigou-se a influência dos íons vanádio e tungstênio nas propriedades estruturais, morfológicas e elétricas das cerâmicas BZT10 sinterizadas, entre 1200oC e 1350oC com isoterma de 4 horas. A adição dos íons V5+ ou íons W6+ substituindo Ti4+ ou Zr4+, na rede da cerâmica BZT10, promoveu a densificação deslocando significativamente os valores da temperatura de sinterização do BZT10 puro de 1550oC para 1200oC. As propriedades elétricas foram avaliadas para as cerâmicas monofásicas de BZT10 modificada com íons V5+ ou W6+ e sinterizadas a 1350oC, 1200oC, respectivamente. Os valores otimizados para as cerâmica BZT10:2V e BZT10:2W indicam permissividades dielétricas da ordem (ε) 15160 e 6420 a 10 kHz, polarização de 8,50 e 3,10μC/cm2 com 4,194x1017 e 1,474x1017 (spins/g), respectivamente. Os resultados obtidos para a cerâmica BZT10:2V indicam potencial aplicação em memórias FeRaM, enquanto os resultados obtidos para cerâmica BZT10:2W apresentam comportamento relaxor e transição de fase difusa, com potencial aplicação em memórias DRAM. / Abstract: The main objective of this work was to obtain pure Ba(Ti1-xZrx)O3 and modified with vanadium and tungsten with high permittivity by the mixture oxide method. Single phase was obtained by controlling the temperature and amount of additive. In a first step, Ba(Ti1-xZrx)O3 ceramics with x varying from 0,05 to 0,15 were prepared and characterized. The ceramics with only one phase transition ferroelectric-paraelectric was chosen for modification with vanadium and tungsten. The influence of vanadium and tungsten in the structural, morphological and electrical properties of BZT ceramics sintered from 1200oC to 1350oC for 4 hours was investigated. The addition of V5+ or W6+ exchanging Ti4+ or Zr4+ in the BZT10 lattice, promotes the densification, changing the sintering temperature of pure BZT from 1550oC to 1200oC. BZT:2V and BZT:2W ceramics have dielectric permittivity of (ε) 15160 and 6420 at 10 kHz, remnant polarization equal to 8.50 and 3.10μC/cm2 with spins quantity equal to 4.194x1017 and 1.474x1017 (spins/g), respectively. BZT:2V ceramics have potential applications for FeRAM memory while BZT10:2W ceramics present relaxor behavior with a diffuse phase transition, being potential application in DRAM memory. / Orientador: Maria Aparecida Zaghete Bertochi / Coorientador: Alexandre Zirpoli Simões / Banca: Fenelon Martinho Lima Pontes / Banca: José Antonio Eiras / Banca: Marcelo Luiz Simões / Banca: Manuel Henrique Lente / Doutor

Resumo: A descoberta da alta constante dielétrica () no CaCu3Ti4O12 (CCTO) despertou grande interesse nesse material com estrutura tipo perovskita, principalmente por não apresentar uma transição de fase ferroelétrica ou comportamento relaxor comparado aos demais titanatos. O CCTO, sem adição de dopantes, apresenta também forte característica não-linear de corrente-tensão com possibilidade de aplicações em varistores. O comportamento elétrico do CCTO tem sido intensivamente discutido na literatura e tem sido atribuído a defeitos intrínsicos ou extrínsicos. Entretanto, não existe concordância na literatura em relação aos mecanismos que permitem explicar a origem dessas propriedades. O objetivo principal deste trabalho foi sinterizar cerâmicas de CCTO a 1100 ºC por tempo variável e avaliar por Espectroscopia Fotoelétrica de Raios X (XPS), Difração de Raios X (XRD), Análise Termogravimétrica (TGA), Microscopia de Força Elétrica (EFM), e Microscopia de Varredura por Potencial de Superfície (SSPM) os defeitos cristalinos de grão e contorno de grão. Mecanismos de defeitos puntiformes do tipo substitucional e defeitos planares com falhas de empilhamento (stacking faults) foram discutidos para concordar com os resultados experimentais. Foi introduzindo o conceito de polarons na construção de um modelo para explicar a alta constante dielétrica do CCTO. Medidas elétricas em campo alternado, utilizando espectroscopia de impedância, enfatizaram os mecanismos de relaxação dos polarons no modelo proposto. No estudo de fenômenos de transporte em campo elétrico contínuo, para avaliar o comportamento não-ôhmico do CCTO, foram realizadas medidas da densidade de corrente (J) em função do campo elétrico aplicado (E). Essas medidas macroscópicas relacionam-se com medidas elétricas locais usando técnicas de EFM e SSPM. Com os resultados dessas técnicas, utilizadas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The discovery of high dielectric constant () in the CaCu3Ti4O12 (CCTO) generates a great scientific interest in this perovskite type of material mainly because it does not show ferroelectric phase transition or relaxor behavior compared with other titanates. The CCTO, with no dopants, displays also strong current-tension nonlinear behavior with possibility to be used as varistor. The CCTO electrical behavior has been intensively discussed in the literature and has been attributed to intrinsic and extrinsic defects. However, there is no agreement in the literature about the mechanisms which allow explaining the origin of these properties. The main objective of this work was sintering CCTO ceramics at 1100 ºC for different times and to evaluate by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), X-ray Diffraction (XRD), Thermal Gravimetric Analysis (TGA), Electrostatic Force Microscopy (EFM), and Scanning Surface Potential Microscopy (SSPM) the grain and grain boundary crystalline defects. Substitution point defects and planar stacking faults defects were discussed to agree with experimental results. The polaron concept was introduced in building a physical model to explain the high dielectric constant of CCTO. AC electrical measurements using impedance spectroscopy reinforced the polaron relaxation mechanisms of the proposed model. In the transport phenomena study in continuous electric field, to evaluate the CCTO non-ohmic behavior, measurements of current density (J) as function of electric field were carried out. These macroscopic measurements are related to the electric local measurements using EFM and SSPM. The obtained results based on these techniques, for mapping space charges and local surface potential, allowed to propose a model for potential barrier in the CCTO grain boundaries due to the presence of crystalline defects and polarons. Other objective of this work... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: José Arana Varela / Coorientador: Paulo Roberto Bueno / Banca: Carlos Frederico de Oliveira Graeff / Banca: Paulo Sérgio Pizani / Banca: Reginaldo Murccillo / Banca: Sidnei Antonio Pianaro / Doutor

Na presente Tese, foi investigado o efeito de tratamentos térmicos reativos nas propriedades físico-químicas e, em alguns casos, nas propriedades elétricas de filmes de SiO2 crescidos termicamente sobre carbeto de silício. Foram abordados os principais processos que visam melhorar as propriedades elétricas da interface SiO2/SiC: reoxidação em O2 e H2O (vapor d’água) e tratamentos térmicos em H2 e NO. Na etapa em que foi investigado o efeito da temperatura de reoxidação em estruturas SiO2/SiC, foram utilizadas técnicas de microscopia de força atômica e análise por reação nuclear, que nos permitiram concluir que uma reoxidação em O2 realizada a baixa temperatura reduz a rugosidade da interface, enquanto que uma reoxidação em alta temperatura aumenta a sua rugosidade, provavelmente aumentando os defeitos eletricamente ativos dessa estrutura. Na segunda etapa, investigamos a incorporação, distribuição em profundidade e dessorção de hidrogênio no sistema SiO2/SiC utilizando análises por reações nucleares. Observamos uma ligação química do hidrogênio muito mais forte com a estrutura SiO2/SiC e com SiC do que no caso do SiO2/Si e do Si. O efeito de tratamentos térmicos em atmosfera de NO e O2 feitos em diferentes seqüências também foi investigado. Através de análises por Espectroscopia de Fotoelétrons induzidos por Raios-X, análises com feixes de íons e curvas Capacitância-Voltagem, foi observada uma forte troca isotópica entre o oxigênio da fase gasosa e o oxigênio do filme dielétrico, além do benéfico efeito do nitrogênio nas propriedades elétricas da interface SiO2/SiC. As investigações da incorporação de vapor d’água nos filmes de SiO2 crescidos sobre SiC e sobre Si, feitas utilizando análises com feixes de íons, mostraram diferenças marcantes na interação da água com as duas estruturas. Houve maior incorporação de oxigênio no filme pré-existente de SiO2 sobre SiC do que em SiO2/Si, evidenciando uma maior concentração de defeitos nesses filmes sobre SiC. Hidrogênio também foi incorporado em maiores quantidades nas estruturas SiO2/SiC em regiões defeituosas do filme dielétrico e da interface SiO2/SiC. Esforços para relacionar as propriedades físico-químicas observadas com as propriedades elétricas das estruturas foram feitos ao longo de todo o trabalho. / In the present thesis the effects of reactive thermal treatments on the physicochemical and, in some cases, on the electrical properties of thermally grown SiO2 films on silicon carbide were investigated. We employed the most widely used thermal treatments to passivate electrically active defects present in the SiO2/SiC interface region, namely: reoxidations in O2 and H2O (water vapor) and thermal annealings in H2 and NO. In the investigation on the effects of reoxidation temperature in the SiO2/SiC structure, atomic force microscopy and nuclear reaction analysis were used, which allowed us to conclude that a lowtemperature reoxidation in O2 leads to a decrease of the SiC surface roughness, while a high-temperature reoxidation leads to an increase of the SiC surface roughness, probably also increasing the electrically active defects near this interface. Thermally induced hydrogen incorporation, depth distribution and loss were investigated using nuclear reaction analyses. Hydrogen is found to be much more strongly bound to SiO2/SiC and to SiC structures than to their Si counterparts. The effects of thermal treatments in NO and O2 atmospheres in different sequences were also investigated. X-ray photoelectron spectroscopy, ion beam analyses and capacitance-voltage characterization allowed us to observe a strong isotopic exchange between oxygen from the gas phase and oxygen from the film, besides the beneficial effect of nitrogen on the electrical properties of the SiO2/SiC interface.The incorporation of water vapor in SiO2 films thermally grown on SiC and on Si revealed remarkably differences in the water interaction with both structures. A higher incorporation of oxygen in SiO2 pre-existent films on SiC compared with SiO2 films on Si indicates a higher concentration of defects in SiO2 films on SiC. Hydrogen was also incorporated in higher amounts in SiO2/SiC structures, both in the interface and in defective regions of the SiO2 film. Efforts to relate the observed physico-chemical properties with the electrical properties of these structures were performed along the whole work.

Made available in DSpace on 2016-03-07T19:20:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-07-17. Added 1 bitstream(s) on 2016-03-07T19:24:27Z : No. of bitstreams: 1 000859258.pdf: 5446066 bytes, checksum: d48de1abbbfcb40fa968637656c44ca4 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O CaCu3Ti4O12 (CCTO) possui alta potencialidade para ser utilizado em várias aplicações tecnológicas, entre estas dielétricas e varistores. A cerâmica Ca2CU2Ti4O12 (com duas fases CCTO e CaTiO3) apresenta um bom coeficiente de não linearidade (a) quando comparado com a fase pura de CCTO o que potencializa sua aplicação como varistor, entretanto, a corrente de fuga (If) ainda é considerada elevada para aplicações comerciais. Outro fator importante é que o Brasil é um dos países com maior número de jazidas de SnO2 material que tem-se tornado interessante para a elaboraçao de varistores. Neste trabalho foram sintetizados mediante reação em estado sólido pós cerâmicos de Ca2Cu2Ti4-xSnxO12 (0,0<x<4,0). Os pós foram inicialmente caracterizados com análise termogravimétrica, técnica que mostrou duas perdas de massa, uma perto de 200ºC associada à saida de água e outra perto de 800ºC devida à decomposição do CaCO3. A análise com microscopia eletrônica de varredura (MEV) na cerâmica na forma de pós mostraram que com o aumento de Sn4+ as amostras apresentaram algumas morfologias alongadas. A difratometria de raios X (DRX) mostrou que com o aumento de Sn4+ surgem às fases SnO2, CaSnO3 e CuO, e diminui as fases de CaTiO3 e CaCu3Ti4O12. A técnica de dilatometria óptica indicou duas temperaturas de sinterização: 1150ºC para as amostras com baixo teor de Sn4+ (x=0,0;0,1;0,2 e 2,0) e 1400ºC para as de maior teor de Sn4+ (x=3,8; 3,9 e 4,0). As pastilhas foram caracterizadas usando a técnica de difratometria de raios X cuja principal diferença em relação ao pós calcinados foi a presença da fase TiO2 para a amostra com x=0,0. A análise microestrutural mostrou crescimento geral de grãos com a substituição de Sn4+. A massa específica pelo método de Arquimedes e porosimetria de mercúrio mostraram corpos cerâmicos altamente densos, com poros de tamanhos menores a 1x10-2 um. Em relação à resposta dielétrica... / The CaCu3TiO12 (CCTO) has a high potential for use in various technological applications, among these dielectric and varistors. The Ca2Cu2Ti4O12 ceramics (with two CCTO and CaTiO3 phases) having a good coefficient of non-linearity (a) when compared with phase pure CCTO which enhances its application as a varistor, however, the leakage current (If) is still considered high for commercial applications. In this work we were synthesized by reaction ceramic powders solid state Ca2Cu2Ti4-xSnxO12 (0.0, < x <4.0). The powders were initially characterized by thermogravimetric analysis, a technique which showed two weight losses, one near 200ºC associated with the output of water and other close to 800ºC due to decomposition of CaCO3. The analysis with scanning electron microscopy (SEM) in the ceramic in powder showed that with increasing Sn4+ samples showed some elongated morphologies. The X-ray diffraction (XRD) showed that with the increase of Sn4+ phases arise, SnO2, CaSnO3, and CuO, and decrease the phases of CaTiO3 and CaCu3Ti4O12. The optical technique dilatometry indicated two sintering temperature: 1150ºC for samples with low Sn4+ concentration (x=0,0,0.1, 0.2 and 2.0) and 1400ºC for the highest content of Sn4+ (x=3.8, 3.9 and 4.0). The ceramics were characterized using the technique of diffraction X-ray whose main difference in relation to the calcined powders is the presence of TiO2 phase to the sample with x=0.0. Microstructural analysis showed overall grain growth with the addition of Sn4+. The density by Achimedes method and mercury porosimetry showed highly dense ceramic bodies with pore sizes smaller to 1x10-2 um. Concerning the dielectric response is found high dielectric constant values for the samples with x=0.0; x=0.1 and x=0.2 presenting also lower dielectric loss. Samples showed varistor response were x=0.0; x=3,8; x=3.9 and x = 4.0 making it quite interest samples with high content of Sn4+ because the phases present as...

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-12Bitstream added on 2014-06-13T19:12:28Z : No. of bitstreams: 1 ribeiro_wc_me_araiq.pdf: 1297255 bytes, checksum: f4a271b5dffa7eda6a4d75757f166f05 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho buscou-se estabelecer uma correlação entre as propriedades nãoôhmicas e dielétricas do CaCu3Ti4O12 (CCTO) considerando a influência da microestrutura obtida pela variação do tempo de sinterização (3, 12, 24, 48 ou 72 h). Em virtude dos modelos descritos na literatura não contemplarem todas as características elétricas apresentadas pelo CCTO, um modelo chamado NBLC (Nanosized Barrier Layer Capacitor) foi delineado, discutido e aplicado sobre os resultados obtidos. Além disso, a adição de SnO2 no CCTO foi realizada para validar o modelo NBLC. As medidas de difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostraram que as medidas elétricas não possuem relação com a formação de precipitados ou fase secundária dentro do limite das técnicas. A diminuição do campo elétrico de ruptura r E e do coeficiente de não linearidade a , além do aumento da corrente de fuga f I , exibiram a degradação da propriedade não-ôhmica com o aumento do tempo de sinterização que foram relatados a dessorção de oxigênio. Como consequência, as resistências do grão e do contorno de grão diminuíram, assim como a quantidade de cargas no contorno de grão. Para verificar a origem da constante dielétrica, foram analisados os processos de relaxação dielétrica e condutiva que apresentaram 3 processos: cargas espaciais no contorno de grão (baixa frequência), cargas espaciais nas nanobarreiras capacitivas (frequência intermediária) e polarização hopping de polarons (alta frequência). A energia de ativação para o fenômeno em alta frequência foi calculada, indicando a presença de polarons na estrutura. Para estabelecer a relação entre tempo de sinterização e quantidade de defeitos no material, medidas de colorimetria foram efetuadas. O modelo NBLC conciliou a elevada constante dielétrica com baixa resistência que, a princípio... / The goal of this work was established a correlation between non-ohmic and dielectric behavior in CaCu3Ti4O12 (CCTO) polycrystalline ceramics in that was verified the influence of microstructure obtained in several sintering time (3, 12, 24, 48 or 72 h). The NBLC model (Nanosized Barrier Layer Capacitor) was described and applied over the results obtained here. This model showed to be better than the literature models because can join high dielectric constant and low resistivity. The CCTO ceramics was doping by SnO2 to valid NBLC model. X-ray diffraction (XRD) and scanning electronic microscopy (SEM) measurements showed that secondary phase or precipitated has no relation with electrical behavior. Switch electric field r E and nonlinear coefficient a increased while leakage current f I diminished function of sintering time. These facts were related of oxygen desorption and as a consequence the grain and grain boundary resistivity decreased. The origin of dielectric behavior was discussed based on relaxation process amount, obtained 3 processes: space charge in grain boundary (low frequency), space charge in nanosized barriers (medium frequency) and hopping polarization of polaron (high frequency). Activation energy of the high frequency phenomenon was a clue of polaron existence. To establish a relationship between sintering time and defect amount in the material, colorimetric measurements were carried out. The incoherencies of CCTO electrical features present in the literature were explained by NBLC model. The SnO2 doping CCTO was carried out to support NBLC model. Thus, the non-ohmic property improved when no stacking faults had. The grain and grain boundary resistivity increased and dielectric constant diminished two fold orders. The defect amount control is important to point the better application: high frequency dielectric or varistor device

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-08-13Bitstream added on 2014-06-13T19:02:31Z : No. of bitstreams: 1 tararam_r_dr_araiq.pdf: 2927006 bytes, checksum: 6411c923e4edf6de7ef7f1b04b6cb6ed (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A descoberta da alta constante dielétrica () no CaCu3Ti4O12 (CCTO) despertou grande interesse nesse material com estrutura tipo perovskita, principalmente por não apresentar uma transição de fase ferroelétrica ou comportamento relaxor comparado aos demais titanatos. O CCTO, sem adição de dopantes, apresenta também forte característica não-linear de corrente-tensão com possibilidade de aplicações em varistores. O comportamento elétrico do CCTO tem sido intensivamente discutido na literatura e tem sido atribuído a defeitos intrínsicos ou extrínsicos. Entretanto, não existe concordância na literatura em relação aos mecanismos que permitem explicar a origem dessas propriedades. O objetivo principal deste trabalho foi sinterizar cerâmicas de CCTO a 1100 ºC por tempo variável e avaliar por Espectroscopia Fotoelétrica de Raios X (XPS), Difração de Raios X (XRD), Análise Termogravimétrica (TGA), Microscopia de Força Elétrica (EFM), e Microscopia de Varredura por Potencial de Superfície (SSPM) os defeitos cristalinos de grão e contorno de grão. Mecanismos de defeitos puntiformes do tipo substitucional e defeitos planares com falhas de empilhamento (stacking faults) foram discutidos para concordar com os resultados experimentais. Foi introduzindo o conceito de polarons na construção de um modelo para explicar a alta constante dielétrica do CCTO. Medidas elétricas em campo alternado, utilizando espectroscopia de impedância, enfatizaram os mecanismos de relaxação dos polarons no modelo proposto. No estudo de fenômenos de transporte em campo elétrico contínuo, para avaliar o comportamento não-ôhmico do CCTO, foram realizadas medidas da densidade de corrente (J) em função do campo elétrico aplicado (E). Essas medidas macroscópicas relacionam-se com medidas elétricas locais usando técnicas de EFM e SSPM. Com os resultados dessas técnicas, utilizadas... / The discovery of high dielectric constant () in the CaCu3Ti4O12 (CCTO) generates a great scientific interest in this perovskite type of material mainly because it does not show ferroelectric phase transition or relaxor behavior compared with other titanates. The CCTO, with no dopants, displays also strong current-tension nonlinear behavior with possibility to be used as varistor. The CCTO electrical behavior has been intensively discussed in the literature and has been attributed to intrinsic and extrinsic defects. However, there is no agreement in the literature about the mechanisms which allow explaining the origin of these properties. The main objective of this work was sintering CCTO ceramics at 1100 ºC for different times and to evaluate by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), X-ray Diffraction (XRD), Thermal Gravimetric Analysis (TGA), Electrostatic Force Microscopy (EFM), and Scanning Surface Potential Microscopy (SSPM) the grain and grain boundary crystalline defects. Substitution point defects and planar stacking faults defects were discussed to agree with experimental results. The polaron concept was introduced in building a physical model to explain the high dielectric constant of CCTO. AC electrical measurements using impedance spectroscopy reinforced the polaron relaxation mechanisms of the proposed model. In the transport phenomena study in continuous electric field, to evaluate the CCTO non-ohmic behavior, measurements of current density (J) as function of electric field were carried out. These macroscopic measurements are related to the electric local measurements using EFM and SSPM. The obtained results based on these techniques, for mapping space charges and local surface potential, allowed to propose a model for potential barrier in the CCTO grain boundaries due to the presence of crystalline defects and polarons. Other objective of this work... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-02-29Bitstream added on 2014-06-13T19:42:35Z : No. of bitstreams: 1 mourafilho_f_dr_araiq.pdf: 4051444 bytes, checksum: 71d39c1867370b918549d208eba537f8 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo central deste trabalho foi obter cerâmicas de Ba(Ti1-xZrx)O3 puras e modificadas com íons vanádio (V5+) ou tungstênio (W6+) pelo método convencional de mistura de óxidos com elevada permissividade dielétrica. A fase pura foi obtida controlandose a temperatura de sinterização e quantidade de aditivos. Inicialmente, preparou-se e caracterizou-se as cerâmicas de Ba(Ti1-xZrx)O3, com x variando de 0,05 até 0,15. A composição com uma única transição de fase ferroelétrica-paraelétrica foi a escolhida para substituição com vanádio e tungstênio. Investigou-se a influência dos íons vanádio e tungstênio nas propriedades estruturais, morfológicas e elétricas das cerâmicas BZT10 sinterizadas, entre 1200oC e 1350oC com isoterma de 4 horas. A adição dos íons V5+ ou íons W6+ substituindo Ti4+ ou Zr4+, na rede da cerâmica BZT10, promoveu a densificação deslocando significativamente os valores da temperatura de sinterização do BZT10 puro de 1550oC para 1200oC. As propriedades elétricas foram avaliadas para as cerâmicas monofásicas de BZT10 modificada com íons V5+ ou W6+ e sinterizadas a 1350oC, 1200oC, respectivamente. Os valores otimizados para as cerâmica BZT10:2V e BZT10:2W indicam permissividades dielétricas da ordem (ε) 15160 e 6420 a 10 kHz, polarização de 8,50 e 3,10μC/cm2 com 4,194x1017 e 1,474x1017 (spins/g), respectivamente. Os resultados obtidos para a cerâmica BZT10:2V indicam potencial aplicação em memórias FeRaM, enquanto os resultados obtidos para cerâmica BZT10:2W apresentam comportamento relaxor e transição de fase difusa, com potencial aplicação em memórias DRAM. / The main objective of this work was to obtain pure Ba(Ti1-xZrx)O3 and modified with vanadium and tungsten with high permittivity by the mixture oxide method. Single phase was obtained by controlling the temperature and amount of additive. In a first step, Ba(Ti1-xZrx)O3 ceramics with x varying from 0,05 to 0,15 were prepared and characterized. The ceramics with only one phase transition ferroelectric-paraelectric was chosen for modification with vanadium and tungsten. The influence of vanadium and tungsten in the structural, morphological and electrical properties of BZT ceramics sintered from 1200oC to 1350oC for 4 hours was investigated. The addition of V5+ or W6+ exchanging Ti4+ or Zr4+ in the BZT10 lattice, promotes the densification, changing the sintering temperature of pure BZT from 1550oC to 1200oC. BZT:2V and BZT:2W ceramics have dielectric permittivity of (ε) 15160 and 6420 at 10 kHz, remnant polarization equal to 8.50 and 3.10μC/cm2 with spins quantity equal to 4.194x1017 and 1.474x1017 (spins/g), respectively. BZT:2V ceramics have potential applications for FeRAM memory while BZT10:2W ceramics present relaxor behavior with a diffuse phase transition, being potential application in DRAM memory.