The aging of permittivity of a barium titanate dielectrics doped with $La_2O_3$ under zero and low DC field has been studied.
The aging phenomenon defined by the decrease of permittivity with time is peculiar to the ferroelectric state.
The zero field aging rate of barium titanate doped with $La_2O_3$. $3TiO_2$ was similiar to that doped with $La_2O_3$. 5V/mil DC field aging rate of $La_2O_3$. $3TiO_2$ doped sample, however, was lowered to that of $La_2O_3$ doped sample.
When the phase transformation is occured from the paraelectric state to the ferroelectric state, 90 ˚ domains are nucleated in order that the system becomes thermodynamically more stable. It is concluded that the aging phenomenon is occured as the dielectric constant is decreasing by the nucleation and growth of 90 ˚ domains.
$BaTiO_3$에 $La_2O_3ㆍ3TiO_2$ 및 $La_2O_3$를 3mole% 까지 첨가시켜 1400 ± 2.0℃에서 2시간 동안 소결한 후, 유전상수의 온도에 따른 변화와 소결밀도의 변화 및 zero and low DC field aging 을 하여 시효현상을 고찰하였다.
$La_2O_3$의 첨가량이 증가할수록 소결밀도가 증가하였다. pure $BaTiO_3$의 소결밀도는 이론 밀도의 92.6%이었고, $La_2O_3ㆍ3TiO_2$를 3mole% 첨가하였을 때는 이론 밀도의 95.4% 이었으며, $La_2O_3$를 3mole% 첨가하였을 때는 이론 밀도의 95.2%이었다. $La_2O_3 ~ 3TiO_2$를 첨가하였을 때 소결밀도가 증가한 것은 $Ba^{+2}$ 이온 Vacancy의 증가에 기인하고, $La_2O_3$를 첨가하였을 때 소결밀도가 증가한 것은 제2의 상이 grain growth inhibitor로 작용하였기 때문인 것으로 생각된다.
$La_2O_3ㆍ3TiO_2$를 첨가하였을 때는 $BaTiO_3$와 $La_2O_3ㆍ3TiO_2$ 고용체를 이루어 첨가량이 증가함에 따라 Curie point가 낮은 온도로 이동하였고, Curie point의 존재로 인하여 온도에 따른 특성이 좋지 못한 것으로 나타났다. $La_2O_3$를 첨가하였을 때는 Curie point를 인지하기 어렵고 $La_2O_3ㆍ3TiO_2$를 첨가하였을 때보다 상온에서의 유전율이 대체로 작았지만 온도에 따른 유전상수의 변화는 비교적 작았다.
$BaTiO_3$에 $La_2O_3$를 첨가하였을 때 첨가량이 증가할수록 시효율은 감소하였다. $La_2O_3ㆍ3TiO_2$를 $1 ~ 3mole%$ 까지 첨가하였을 때 low DC field aging rate는 zero field aging rate보다 감소하였다. 반면에 $La_2O_3$를 $1 ~ 3mole%$ 까지 첨가하였을 경우에는 low DC field aging rate는 zero field aging rate보다 증가하였다. zero field aging에서는 $La_2O_3$를 첨가한 것과 $La_2O_3ㆍ3TiO_2$를 첨가한 것의 시효율은 거의 같았으나, low DC field aging에서는 $La_2O_3ㆍ3TiO_2$를 첨가한 것의 시효율이 $La_2O_3$를 첨가한 것의 시효율보다 작았다. 이와 같은 시효현상은 90℃ domain의 생성 및 성장과 가장 관계가 있는 것으로 판단된다.
이와 같은 온도특성과 시효현상에 대한 특성을 고려해 볼 때 실제 캐패시터에 가장 적합한 성분은 $BaTiO_3$에 $1 \sim 2mole%$ $La_2O_3$를 첨가한 것으로 판단된다.
