高壓二氧化鈦環(huán)形壓敏電阻器的研制.pdf

1、近年來(lái)，隨著各種家用電器、通信設(shè)備、工業(yè)電子設(shè)備中集成電路及大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，各種半導(dǎo)體元件對(duì)過(guò)電壓、浪涌、噪聲等非常敏感，經(jīng)常發(fā)生誤動(dòng)作或元件損傷，導(dǎo)致各種事故的產(chǎn)生。為了消噪滅弧及消除脈沖信號(hào)和人體靜電對(duì)設(shè)備的影響，壓敏電阻器應(yīng)運(yùn)而生。自從氧化鋅的壓敏特性被人們提出以來(lái)，氧化鋅壓敏電阻器就以其優(yōu)異的壓敏性能長(zhǎng)期占據(jù)著壓敏電子器件市場(chǎng)，尤其在高壓器件領(lǐng)域，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種高壓電機(jī)及輸電線路。但作為純電阻元件，氧化鋅壓敏

2、電阻器不能適應(yīng)目前多功能化發(fā)展方向的需要，因此研究開(kāi)發(fā)壓敏-電容多功能的壓敏電阻器，尋求氧化鋅壓敏電阻器的可替代產(chǎn)品已成為目前的研究熱點(diǎn)。在低壓領(lǐng)域，上世紀(jì)80年代開(kāi)始研究的SrTiO3壓敏電阻器已完全可滿足需求，因此在高壓領(lǐng)域開(kāi)發(fā)TiO2高壓壓敏電阻器將具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　 本論文首先選取Nb2O5為施主摻雜劑，選取BaCO3及SrCO3為受主摻雜劑，選取Bi2O3為燒結(jié)助劑，在較寬的因素水平范圍內(nèi)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，找到各種

3、摻雜成分對(duì)壓敏電阻器電性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明以SrCO3為受主摻雜劑獲得的樣品壓敏電壓偏低，非線性系數(shù)較小，雖然有較高的靜電容量，但不能滿足高壓壓敏電阻器性能指標(biāo)要求；而以BaCO3為受主摻雜劑獲得的樣品壓敏電壓、非線性系數(shù)和靜電容量相對(duì)較高，如果加以改進(jìn)，有獲得符合要求的高壓壓敏電阻器的可能性。對(duì)摻雜BaCO3配方進(jìn)行較小變化范圍的正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明Nb的最佳摻雜量為0.2 mol％，并且隨Ba和Bi摻雜量的減小及燒結(jié)溫度的降低，樣

4、品的壓敏電阻呈增大趨勢(shì)。利用XRD、掃描電鏡、透射電鏡等對(duì)獲得的樣品進(jìn)行了表征，分析發(fā)現(xiàn)同一摻雜體系樣品的壓敏電壓隨著晶粒尺寸的減小而增大。對(duì)Ba和Bi摻雜量的繼續(xù)減小作了進(jìn)一步研究，找到了Ba和Bi摻雜量的極值點(diǎn)。Nb、Ba、Bi摻雜體系能獲得樣品壓敏電壓最高值僅為224.61V/mm，其他各項(xiàng)性能參數(shù)均符合指標(biāo)要求，但由于壓敏電壓相對(duì)偏低，仍不能進(jìn)行批量生產(chǎn)。
　　 其次選用Sb2O3代替Bi2O3作為燒結(jié)助劑，考察了不同S

5、b摻雜量對(duì)壓敏電阻器電性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，隨Sb摻雜量的降低，樣品的壓敏電壓和非線性系數(shù)呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，其中在Sb摻雜量的極值點(diǎn)在0.1 mol％。利用XRD、掃描電鏡、透射電鏡對(duì)所得樣品進(jìn)行了表征，結(jié)果顯示在Sb摻雜體系中樣品的壓敏電壓也隨晶粒尺寸的增大而降低。含Sb配方在1350℃下獲得了60～360V/mm的變化范圍較寬的壓敏電壓，并且壓敏電壓在200V/mm以上的樣品其非線性系數(shù)及其他性能參數(shù)均符合指標(biāo)要求，可以以

6、含Sb配方為基礎(chǔ)進(jìn)行放大實(shí)驗(yàn)并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。另外，采用水熱法對(duì)原料鈦白粉進(jìn)行了處理，在各種處理?xiàng)l件下得到的水熱鈦白粉制備的器件在1μ A電流下具有102數(shù)量級(jí)的電壓值，靜電容量只有20pF左右，推測(cè)這種器件不具備電壓-電流非線性，并且制備TiO2壓敏電阻器的原料TiO2必須是銳鈦礦相的。
　　 再次分別選取含Bi和含Sb配方進(jìn)行疊層燒結(jié)實(shí)驗(yàn)，考察不同堆疊燒結(jié)方式對(duì)各種配方樣品電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)堆疊燒結(jié)可以顯著提高樣品的壓敏電