Основы физики и технологии оксидных полупроводников. Брусенцов Ю.А - 20 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

проводимости. Другими словами, на границе зерна образуется барьерный (запорный) слой с определенным потенциалом ϕ
0
(рис. 21). Поэтому средняя электропроводность будет определяться электронами, преодолевшими этот барьер:
kT
e
e
0
v
ϕ−
σ=σ , где σ
v
– проводимость материала зерна, σ
v
= e n
0
u; n
0
– концентрация электронов в зоне проводимости; u –
подвижность.
Хейванг [14] предполагает, что
σ
v
слабо зависит от температуры и σ фактически определяется экспонентой.
Поверхностный же потенциал сложным образом зависит от температуры.
Джон Кер объясняет природу
ρ-скачка доменной структурой. Каждый домен самопроизвольно поляризован. Зерно
"разбито" на домены. Рядом расположенные домены поляризованы в противоположных направлениях. Граница зерна
является границей доменов. На поверхности зерна в связи с этим образуется сетка положительно заряженных
поверхностных слоев. Отрицательные заряды компенсируют области положительного заряда. Эта компенсация уничтожает
"запорный" слой и резко снижает контактное сопротивление. При достижении точки Кюри доменная структура разрушается
и
ρ-скачком увеличивается.
На проводимость и зависимость
ρ = f (T) заметно влияет термообработка и газовая среда. Скорость нагрева и время
выдержки мало отражается на электрических характеристиках, сильно меняет
ρ скорость охлаждения. Например, закалкой
Ba
0,009
Ce
0,001
(Ti
0,9
Sn
0,1
)O
3
с 1300 °С получается ρ
20
≈ 50 Ом ⋅ см ; при повторном нагреве и медленном охлаждении
электросопротивление возрастает до
ρ
20
= 10
4
Ом ⋅ см.
Рис. 21 Барьерный слой на границе зерна
Одновременно увеличивается крутизна характеристики ρ = f (t), т.е. ТКС. На электрические свойства заметное влияние
оказывает атмосфера отжига и синтеза: при отжиге в аргоне
ρ меньше, чем после отжига в кислороде.
При применении позисторов необходимо учитывать, что в этих материалах проявляется чувствительность
ρ в
зависимости от напряженности электрического поля, т.е. в них наблюдается варисторный эффект, особенно заметный в
параэлектрической области (выше точки Кюри). Связано это с тем. что при приложении напряжения потенциальный барьер
(
ϕ) на границе зерна уменьшается и при достижении определенного значения ϕ может исчезнуть вовсе. В этом случае
электросопротивление материала будет определяться объемными свойствами зерен.
7.3 Технология изготовления позисторов
Технология изготовления позисторов имеет много общего с производством терморезисторов. Подробно техпроцесс для
позисторов описан в работах [15, 16].
Чаще всего в качестве исходных компонентов применяют азотнокислые и углекислые соли бария и стронция, двуокись
титана (в модификациях анатаза или рутила), двуокись олова. Хорошие результаты показывает использование материалов,
полученных совместным осаждением титанилоксалата бария BaTiO(C
2
O
4
) ⋅ 4H
2
O, титанилоксалата стронция SrTiO(C
2
H
4
) ⋅ 4H
2
O
и др. Легирующие добавки (Ce, La, Sb, Pb и др.) вводятся в виде солей и окислов. Особые требования предъявляются к
чистоте исходных материалов. Чистота основных составляющих должна быть не хуже 99,99 %, так как легирование
производится малыми добавками.
Титана берут несколько больше, чем требуется для стехиометрии (на 2 … 3 % ат.). Избыток титана в период спекания
приводит к образованию легкоплавкой фазы BaTi
2
O
5
, которая способствует ускорению диффузионных процессов и
формированию кристаллической структуры.
Во избежание намола шихтовые компоненты смешивают в полиэтиленовых, агатовых и яшмовых барабанах
(применяют мокрое и сухое смешивание). Среда в смесителе отражается на будущих свойствах позисторов. Мокрый помол
или кипячение шихты ведет к резкому увеличению крутизны
ρ = f (t), тогда как сухой помол и помол в гептане практически
не влияют на ТКС.
После смешивания шихта фильтруется, сушится и прокаливается при 1000 … 1150 °С в течение 1
… 2 часов, затем подвергается вторичному помолу в воде или гептане. Тщательно высушенная после
вторичного размола шихта поступает на прессование изделий. Обжиг-спекание прессовок
осуществляется в обычной воздушной атмосфере при 1350 … 1400 °С в течение 1,5 … 2 часов. Режим
охлаждения имеет важное значение и определяется заданными характеристиками изделий. Медленное
E
s
eϕ
0
b

Страницы