Estudio del perfil de defectos y de las propiedades eléctricas de BaTiO₃ dopado con Nb y La

The aim of this work is to study the impact of two different and typical donor –dopants; Nb2O5 and La2O3, on the electrical properties of BaTiO3. Besides, the influence of Nb5+ and La3+ on the charge compensation mechanism was evaluated. On this way, it was determined that, the defect structure is not only affected by the dopant ion but also by its concentration. Amount of dopant also affects the electrical properties of BaTiO3 ceramics. In fact, for low Nb2O5 or La2O3 concentration, electronic compensation prevails, leading to a low – resistive material with an important PTCR effect. By EPR an increases in the oxygen vacancies with a low lanthanum addition was determined. This phenomenon could be associated to the lanthanum acceptor behavior. On the other hand, high dopant concentration leads to a high – resistive material showing GBBL characteristics. In this case, a high content of double – ionized barium vacancies able to trap electrons, and a thin glassy – phase film covering the BaTiO3 grains lead to a high – resistive material. This phenomenon encourages the hypothesis in which barium vacancies act as acceptor centers at the grain boundaries in BaTiO3 ceramics.En este trabajo, se estudia el impacto de la adición de Nb2O5 o La2O3 sobre las propiedades eléctricas de cerámicos basados en BaTiO3. Asimismo, se estudia la influencia de estos dos típicos dopantes en los mecanismos de compensación de cargas. En este sentido, se ha determinado que la estructura de defectos en el BaTiO3 no sólo se encuentra afectada por el tipo de dopante sino tambien por su concentración. En efecto, para bajas concentraciones de Nb2O5 o La2O3, predomina un mecanismo de compensación de cargas por generación de electrones. Sin embargo, los resultados de EPR muestran que la adición de una pequeña cantidad de La2O3 produce un notable incremento en la concentración de vacantes de oxígeno respecto del BaTiO3 sin dopar. Este fenómeno podría estar asociado con un comportamiento aceptor del La al incorporarse en los sitios de Ti. Por otra parte, se ha verificado que la concentración de dopante también condiciona las propiedades eléctricas obtenidas. En efecto, en los dos sistemas estudiados se observó que para materiales dopados con una baja concentración de aditivo existe un comportamiento eléctrico tipo semiconductor a temperatura ambiente, con un efecto PTCR. Por el contrario, se ha verificado que altas concentraciones de aditivo producen un material con importantes características GBBL a temperatura ambiente y un comportamiento resistivo tipo NTCR al incrementarse la temperatura. En este caso, la reducción de un gran contenido de vacantes iónicas tipo VBa” y la existencia de una fase vítrea rodeando los granos originan un material altamente resistivo. Este fenómeno refuerza la hipótesis en la cual vacantes de bario actúan como centros aceptores en los bordes de grano de BaTiO3