Structural, Dielectric and AC Conductivity Behavior of Multicomponent TeO2-ZnO-Li2O-Na2O-B2O3 Glasses

Abstract

Багатокомпонентні стекла системи TeO2-ZnO-Li2O-Na2O-B2O3 (TZLNB) були підготовлені звичайним методом загартування розплаву. Синтезовані стекла характеризувались рентгенівською дифракцією (XRD), інфрачервоною спектроскопією з перетворенням Фур'є (FTIR), раманівською спектроскопією та спектроскопією в ультрафіолетовому та видимому діапазонах. Аморфність цих стекол підтверджена їх рентгенограмою. В дослідженому склі TZLNB виявлено, що B2O3 перетворюється в складну мережу, яка включає бороксолове кільце, поєднане з чотирикратно скоординованим бором (BO4) завдяки атомам, які не з'єднуються киснем. Вивчення частотних залежностей діелектричної проникності (ε′), тангенса діелектричних втрат (tanδ) та провідності по змінному струму (σac) було проведено на стеклах TZLNB в діапазоні частот 50 Гц-5 МГц при кімнатній температурі. Встановлено, що діелектричні властивості, такі як діелектрична проникність та тангенс діелектричних втрат, зменшуються зі збільшенням частоти. Виявлено, що стекла TZLNB, які розглядаються, мають високу діелектричну проникність і дуже низькі діелектричні втрати в досліджуваному діапазоні частот. Крім того, встановлено, що провідність по змінному струму зростає зі збільшенням частоти через підвищену густину рухомих іонів провідності. Розглянуті стекла TZLNB мають відмінні діелектричні властивості, такі як висока діелектрична проникність і дуже низькі діелектричні втрати, і вважаються найбільш перспективним діелектричним матеріалом для конденсаторів комірок пам'яті в мікросхемах динамічної оперативної пам'яті.

Multicomponent glasses of the TeO2-ZnO-Li2O-Na2O-B2O3 (TZLNB) system have been prepared by conventional melt quenching method. Synthesized glasses were characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR), Raman and UV-Visible spectroscopic techniques. The amorphous nature of these glasses has been confirmed by their XRD pattern. In the present TZLNB glass, B2O3 is found to transform into a complex network, which involves a boroxol ring coupled with a fourfold-coordinated boron (BO4) due to non-bridging oxygens. The frequency dependences of dielectric constant (ε′), dielectric loss tangent (tanδ) and ac conductivity (σac) studies have been undertaken on the TZLNB glasses in the frequency range 50 Hz-5 MHz at room temperature. Dielectric properties such as dielectric constant and dielectric loss tangent are found to decrease with increasing frequency. Present TZLNB glasses are found to possess high dielectric constant and very low dielectric loss in the studied frequency range. Further, ac conductivity is found to increase with increasing frequency due to an increased density of mobile ions for conduction. Present TZLNB glasses possess excellent dielectric properties such as high dielectric constant and very low dielectric loss and thought to be the most promising dielectric material for the memory cell capacitors in dynamic random-access memory (DRAM) chips.