非線性光學鈮酸鋰晶體摻雜不同濃度氧化鐵之介電頻譜研究

Abstract

本實驗是使用HP4194A阻抗分析儀，在溫度範圍為423～973K和頻率範圍為100～40MHz的外加交流電作用下，沿著摻雜不同濃度氧化鐵的鈮酸鋰晶體c軸量測其阻抗值。將實驗所測得阻抗數據，換算出該晶體相對應的電阻率、導電率、介電常數以及electric modulus等參數，並由電阻率、介電常數的Cole-Cole plot以及上述各參數對頻率圖，可以模擬出該晶體受外加交流電作用時所對應的等效電路，以便分析和解釋該晶體隨外加交流電頻率和溫度變化的介電特性。同時，本實驗也比較摻雜不同氧化鐵濃度對該晶體介電特性的影響，並利用摻雜雜質進入鈮酸鋰的空缺模型解釋之。 由Cole-Cole plot以及上述電阻率、導電率、介電常數、electric modulus對頻率圖，發現摻雜不同濃度氧化鐵的鈮酸鋰晶體，在外加交流電作用下，同時存在有導電離子的移動和電偶極的極化。在較低溫環境下（423～723K），導電離子貢獻發生於較低頻區域，而電偶極貢獻則發生於較高頻區域，此時該晶體可等效於單一導電弛豫加單一介電弛豫電路；在較高溫環境下（723～973K），導電離子貢獻會增大，而電偶極貢獻相對於導電離子貢獻較不明顯，此時該晶體可等效於單一導電弛豫電路。 另外，由導電率和介電常數對摻雜氧化鐵濃度圖，發現當所摻雜氧化鐵濃度低於0.046mol%時，因為鐵離子可能取代鋰離子，該晶體內部空缺數目可能隨濃度增加而增加，但當濃度高於0.046mol%時，該晶體內部空缺數目可能隨濃度增加而減少。