Керамические диэлектрики представляют собой жизненно важную отрасль электронной керамики, которая в основном используется при производстве диэлектрических материалов для различных типов конденсаторов. Их основные характеристики включают высокую диэлектрическую проницаемость, низкие диэлектрические потери и стабильные температурные характеристики.
Тип с высокой диэлектрической постоянной (класс I)
При использовании титаната бария (BaTiO₃) в качестве основного материала твердые растворы образуются за счет легирования такими элементами, как стронций (Sr) и кальций (Ca), что обеспечивает резкое изменение диэлектрической проницаемости вблизи температуры Кюри. Типичные материалы, такие как система BaTiO₃-SrTiO₃, могут достигать диэлектрической проницаемости в диапазоне от 1000 до 3000; однако их температурная стабильность относительно плохая.
Эти материалы широко применяются в многослойных керамических конденсаторах (MLCC) и особенно хорошо-подходят для применения в бытовой электронике, требующей высокой плотности емкости,-например, в схемах фильтрации питания в смартфонах и планшетных компьютерах.
Тип температурной компенсации (Класс II)
Эти материалы, основанные на титанате магния (MgTiO₃) или титанате стронция (SrTiO₃), обеспечивают линейное изменение диэлектрической проницаемости в зависимости от температуры за счет контроля размера зерна и степени легирования. Типичные материалы, такие как система MgTiO₃-CaTiO₃, имеют диапазон диэлектрической проницаемости от 15 до 200 и температурный коэффициент до ±220 ppm/градус.
По сравнению с материалами с высокой диэлектрической проницаемостью эти материалы демонстрируют меньшие диэлектрические потери (менее или равные 0,001), что делает их пригодными для применения в приложениях высокочастотной обработки сигналов.
Тип полупроводника (класс III)
Путем введения акцепторных примесей (таких как Mn или Nb) в матрицу титаната бария формируется полупроводниковый зернограничный слой; при этом используется эффект зернограничного барьера для достижения нелинейных вольтамперных-характеристик. Типичные материалы, такие как система BaTiO₃-MnO₂, могут достигать коэффициента нелинейности в диапазоне от 1000 до 5000.
Тип микроволнового диэлектрика
Основанные на цирконатах (например, ZrTiO₄) или станнатах (например, SnTiO₄), эти материалы достигают низких диэлектрических потерь (менее или равных 0,0001) и высокого коэффициента качества (значение Q×f > 10 000) за счет оптимизации структуры их кристаллической фазы.
Тип нанокомпозита
Используя такие методы, как золь-обработка или гидротермальный синтез, наноразмерные керамические частицы (например, нанопорошок BaTiO₃) соединяются с полимерной матрицей для создания гибких материалов с настраиваемой диэлектрической постоянной (в диапазоне от 10 до 1000). Согласно прогнозам, в связи с растущим спросом на миниатюризацию и интеграцию в устройства 5G и IoT доля рынка нанокомпозитной керамики вырастет с 12% в 2023 году до 25% в 2028 году.
