โอกไซด์ดินหายากใน MLCCs

ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของ MLCCs วัสดุไดอิเล็กทริกเซรามิกมีบทบาทสำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพของ MLCC ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของ MLCCs ไปสู่การย่อขนาด ความจุสูง และการวางชั้นบางลง ข้อกำหนดทางเทคนิคที่สูงขึ้นจึงถูกนำมาใช้กับผงไดอิเล็กทริกเซรามิกที่มีความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าสูง ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูง และความน่าเชื่อถือสูง ออกไซด์ของธาตุหายากถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในเซรามิก รวมถึงเซเรียมออกไซด์ แลนทานัมออกไซด์ นีโอไดเมียมออกไซด์ ดิสโพรเซียมออกไซด์ ซาแมเรียมออกไซด์ โฮลเมียมออกไซด์ เออร์เบียมออกไซด์ ฯลฯ การเจือเซรามิกด้วยธาตุหายากในปริมาณน้อยหรือร่องรอยสามารถเปลี่ยนแปลงจุลภาค องค์ประกอบเฟส ความหนาแน่น คุณสมบัติทางกล คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี และพฤติกรรมการเผาผนึกของวัสดุเซรามิกได้อย่างมาก ดังนั้น การปรับเปลี่ยนโดยการเจือด้วยออกไซด์ของธาตุหายากจึงเป็นหนึ่งในแนวทางในการได้รับผงไดอิเล็กทริกเซรามิกระดับไฮเอนด์สำหรับ MLCCs

ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบการเจือที่สำคัญในผงไดอิเล็กทริก MLCC ออกไซด์ของธาตุหายากสามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือของ MLCC ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเป็นวัตถุดิบที่ขาดไม่ได้ในการพัฒนาผงเซรามิกระดับไฮเอนด์สำหรับ MLCCs ผงเซรามิกสำหรับ MLCCs ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามประเภท (Y5V, X7R และ COG) ในบรรดาวัสดุ X7R เป็นข้อกำหนดที่มีการแข่งขันทั่วโลกมากที่สุด และยังเป็นหนึ่งในพันธุ์ที่มีความต้องการและใช้งานในตลาดสูงสุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หลักการผลิตของพวกมันขึ้นอยู่กับการปรับเปลี่ยนวัสดุเซรามิกไททาเนตแบเรียม (BaTiO₃) ระดับนาโน

ไททาเนตแบเรียมเป็นหนึ่งในวัตถุดิบหลักสำหรับการผลิต MLCCs มันแสดงคุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริก เฟอร์โรอิเล็กทริก และไดอิเล็กทริกที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ไททาเนตแบเรียมบริสุทธิ์มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิความจุขนาดใหญ่ อุณหภูมิการเผาผนึกสูง และการสูญเสียไดอิเล็กทริกค่อนข้างสูง ทำให้ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานโดยตรงในการผลิตตัวเก็บประจุเซรามิก

การวิจัยแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติไดอิเล็กทริกของไททาเนตแบเรียมมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างผลึกของมัน โดยการใช้วิธีการเจือ โครงสร้างผลึกของไททาเนตแบเรียมสามารถควบคุมได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติไดอิเล็กทริกของมัน นี่เป็นเพราะไททาเนตแบเรียมเม็ดละเอียดที่เจือแล้วจะสร้างโครงสร้างแกน-เปลือก ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงลักษณะเฉพาะของอุณหภูมิของความจุ

การเจือธาตุหายากลงในโครงสร้างไททาเนตแบเรียมเป็นหนึ่งในวิธีการที่ใช้ในการปรับปรุงพฤติกรรมการเผาผนึกและความน่าเชื่อถือของ MLCCs การวิจัยเกี่ยวกับการเจือไอออนธาตุหายากในไททาเนตแบเรียมย้อนกลับไปในช่วงต้นทศวรรษ 1960 การเติมออกไซด์ของธาตุหายากช่วยลดการเคลื่อนที่ของออกซิเจน ซึ่งสามารถเพิ่มความเสถียรของอุณหภูมิไดอิเล็กทริกและความต้านทานไฟฟ้าของเซรามิกไดอิเล็กทริก ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์ ออกไซด์ของธาตุหายากที่เติมกันทั่วไป ได้แก่ อิตเทรียมออกไซด์ (Y₂O₃) ดิสโพรเซียมออกไซด์ (Dy₂O₃) และโฮลเมียมออกไซด์ (Ho₂O₃) และอื่นๆ

รัศมีไอออนของไอออนธาตุหายากมีผลกระทบอย่างมากต่อตำแหน่งของยอดคูรีในเซรามิกชนิดไททาเนตแบเรียม การเจือด้วยธาตุหายากที่มีรัศมีต่างกันจะเปลี่ยนพารามิเตอร์แลตทิซของคริสตัลที่มีโครงสร้างแกน-เปลือก ซึ่งจะเปลี่ยนความเค้นภายในคริสตัล การเจือด้วยไอออนธาตุหายากที่มีรัศมีขนาดใหญ่กว่าจะเหนี่ยวนำให้เกิดเฟสเทียมลูกบาศก์ในคริสตัลและสร้างความเครียดตกค้างภายใน ในทางกลับกัน การแนะนำไอออนธาตุหายากที่มีรัศมีเล็กกว่าจะทำให้เกิดความเครียดภายในน้อยลงและยับยั้งการเปลี่ยนแปลงเฟสในโครงสร้างแกน-เปลือก แม้แต่สารเติมแต่งที่ใช้ในปริมาณน้อย ลักษณะเฉพาะของออกไซด์ของธาตุหายาก (เช่น ขนาดอนุภาคหรือรูปร่าง) ก็สามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพโดยรวมหรือคุณภาพของผลิตภัณฑ์ได้ MLCCs ประสิทธิภาพสูงยังคงพัฒนาไปสู่การย่อขนาด จำนวนชั้นสูง ความจุสูง ความน่าเชื่อถือสูง และต้นทุนต่ำ ผลิตภัณฑ์ MLCC ที่ทันสมัยที่สุดของโลกได้เข้าสู่ระดับนาโน ในฐานะที่เป็นองค์ประกอบการเจือที่สำคัญ ออกไซด์ของธาตุหายากควรมีขนาดอนุภาคระดับนาโนและมีการกระจายตัวของผงที่ดี