半导体电容器.PPT

§6-1 概述 §6-2 BaTiO3瓷的半导化机理 §6-3 PTC热敏电阻 §6-4 半导体陶瓷电容器 §6-1 概述 1.装置瓷、电容器瓷、铁电压电瓷：ρV＞1012Ω?cm ，防止半导化，保证高绝缘电阻率； 半导体瓷：ρV＜106Ω?cm 2. 半导体瓷：传感器用，作为敏感材料，电阻型敏感材料为主： ρV或ρS对热、光、电压、气氛、湿度敏感，故可作各种热敏、光敏、压敏、气敏、湿敏材料。 3.非半导体瓷——体效应（晶粒本身） 半导体瓷——晶界效应及表面效应 §6-1 概述 1. BaTiO3半导体瓷 a. PTC热敏电阻瓷 →PTC热敏电阻 b. 半导体电容器瓷 →晶界层电容器、表面层电容器 2. NTC热敏半导体瓷（由Cu、Mn、Co、Ni、Fe等过渡金属氧化物烧成，二元、三元、多元系）→NTC热敏电阻 §6-1 概述 半导体陶瓷按照利用的物性分类可分为： 1. 利用晶粒本身性质：NTC热敏电阻； 2. 利用晶粒间界及粒界析出相性质：PTC热敏电阻器，半导体电容器（晶界阻挡层型）； 3. 利用表面性质：半导体电容器（表面阻挡层型）； 　　在高纯（≥99.9％）BaTiO3中掺入微量（＜0.3％mol）的离子半径与Ba2+相近，电价比Ba2+离子高的离子或离子半径与Ti4+相近而电价比Ti4+高的离子，它们将取代Ba2+或Ti4+位形成置换固溶体，在室温下，上述离子电离而成为施主，向BaTiO3提供导带电子（使部分Ti4++e→Ti3+），从而ρV下降（102Ω?cm），成为半导瓷。 强制还原法往往用于生产晶界层电容器，可使晶粒电阻率很低，从而制得介电系数很高（ε＞20000）的晶界层电容器。 强制还原法所得的半导体BaTiO3阻温系数小，不具有PTC特性，虽然在掺入施主杂质的同时采用还原气氛烧结可使半导化掺杂范围扩展，但由于工艺复杂（二次气氛烧结：还原－氧化）或PTC性能差（只用还原气氛），故此法在PTC热敏电阻器生产中，目前几乎无人采用。 1．PTC热敏电阻简介 2．BaTiO3基PTCR的研究进展 3. BaTiO3半导化瓷的PTC机理 4. PTC热敏电阻瓷的制备 5.??PTC热敏电阻器的特性及其应用 1950年，荷兰Phillip公司的海曼（Haayman）等人在BaTiO3中掺入稀土元素（Sb、La、Sm、Gd、Ho、Y、Nb）时发现BaTiO3的室温电阻率降低到101~104Ω·cm，与此同时，当材料温度超过居里温度时，在几十度的范围内，电阻率会增大4~10个数量级，即PTC效应。 PTCR的实用化从本世纪80年代初开始。 已大量应用于彩电、冰箱、手机等家用电器。 PTCR种类多样化，应用基础均取决于电阻－温度特性、电压－电流特性及电流－时间特性。 电阻－温度特性（阻温特性） 电压－电流特性（伏安特性） 电流－时间特性（I－T特性） 按居里温度分类： 低温PTCR：(Ba,Sr)TiO3 (Tc≤120℃ ) 彩电消磁，马达启动，过流、过热保护 高温PTCR：(Ba,Pb)TiO3 (Tc＞120℃, 120～500℃) 定温发热体 (Ba、Bi、Na)TiO3 优于含铅PTCR材料：温度系数大，电压效应小 按材料体系分类： BaTiO3基PTCR V2O3基复合材料 高分子复合材料 其他陶瓷复合材料 研究内容： (1) 掺杂元素的研究 (2) 与金属复合的研究 (3) 降低烧结温度的研究 (4) 低阻化的研究 (1) 掺杂元素的研究 等价离子掺杂：Sr2+、Pb2+、Ca2+、Sn4+、Ce4+、Zr4+、Hf4+ 调节Tc 不等价离子掺杂：Bi3+、稀土；Nb5+、Ta5+ 高价施主掺杂：半导化； 受主Mn2+掺杂：提高PTCR特性和温度系数 (2) 与金属复合的研究 研究表明，与金属复合的BaTiO3基PTCR具有较低的室温电阻率和较大的电阻突跃。 掺杂Ag，Cr金属粉 (3) 降低烧结温度的研究 玻璃相的主要成分为Al2O3、SiO2、TiO2，简称AST。 玻璃相可吸附杂质，有利于半导化。 生成低共熔液相，促进陶瓷烧结。 (4) 低阻化的研究 高纯原料是制备高性能PTCR的必备条件。 施、受主复合掺杂 制备工艺严格控制 与低阻相复合：添加金属（Cr、Ni） 添加石墨、草酸盐：高温分解出CO2,夺取氧 　 实验发现：单晶BaTiO3无PTC特性，强制还原法所得半导体BaTiO3的PTC特性很小或没有PTC特性． 对ρ 讨论 1)当T＜Tc时，在强电场（E＞3KV/cm），ε