非气氛炉烧结ST系半导体双功能(电容-压敏)材料的研究

摘要

SrTiO<,3>系半导体瓷具有压敏电压低和电容量大的特性,是一种双功能新材料.该文研究了非气氛炉石墨还原气氛烧结SrTiO<,3>系双功能材料的组成和性能.采用A位、B位、AB位施主掺杂对SrTiO<,3>双功能材料进行取代.实验证明在只有还原气氛或只有施主掺杂的情况下,样品的电阻率达到10<'6>∽10<'9>Ω·m,不能很好的半导化.在石墨还原气氛下,A位(La<,2>O<,3>=0.3mol﹪,Sm<,2>O<,3>=1.0mol﹪,Y<,2>O<,3>=0.6mol﹪)、B位(Nb<,2>O<,5>=0.6mol﹪)施主掺杂样品的电阻率存在最小值,并对应着最大的介电系数.随着A位、B位施主掺杂量的增加或减少,电阻率曲线呈U变化;介电系数曲线呈倒U形变化.由A、B位掺杂的性能可以看出,A位(La<,2>O<,3>)掺杂材料样品的最低电阻率比B位(Nb<,2>O<,5>)掺杂样品的最低电阻率低,但是介电系数却比B位掺杂小.而AB位掺杂的样品的电阻率和介电系数介于A位和B位掺杂的样品之间.由试样的XRD计算晶格参数,可以知道施主掺杂在SrTiO<,3>中固溶量.用复阻抗测试仪来测量样品的复阻抗特性,计算样品的晶粒电阻和晶界电阻.实验数据表明,施主掺杂量的增加到一定程度后,晶粒电阻的变化微弱,晶界电阻变化幅度大.晶界电阻的增大是过量的施主掺杂物聚集在晶界上引起的.A位、B位、AB位施主掺杂实验试样的晶粒电阻最小值作比较得到:R<,Bg>>R<,ABg>>R<,Ag>.由氧化样品的复阻抗图看出,氧化处理不会影响晶粒的电阻值,只会使晶界电阻发生变化.优选SrTiO<,3>系半导体瓷实验配方,用非气氛炉石墨还原气氛烧结的环形消噪器件(ΦD=10.9mm,Φd=6.5mm)的性能为:V<,10mA>=5.6±0.28V,α=3.00,C=114±5.7nF,符合实际应用的参数.

目录

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第一章 绪论

1.1压敏电阻器概述和基本特性

1.1.1压敏电阻器的概述

1.1.2压敏电阻器的基本特性

1.2压敏电阻器材料的现状和发展趋势

1.2.1压敏电阻器的分类

1.2.2主要压敏电阻器材料

1.2.3压敏电阻器的发展趋势

1.3双功能瓷料的研究和应用

1.3.1钛酸锶双功能瓷料的研究

1.3.2双功能材料的应用

1.4双功能理论基础

1.4.1电容性

1.4.2压敏性

1.5气氛烧结工艺

1.5.1二次烧成涂覆扩散法、气相扩散方法

1.5.2高温一次烧成法

1.5.3低温一次烧成法

1.5.4非气氛炉烧成法

1.6本文的研究内容

第二章实验过程与测试方法

2.1试样的制备

2.1.1原料

2.1.2试验配方设计

2.1.3样品工艺说明

2.2SrTiO3半导体压敏电容性能参数的测试方法

2.3材料微观结构的测试方法

第三章实验结果与分析

3.1施主掺杂对样品性能的影响

3.1.1 SrTiO3半导化的条件

3.1.2 A位掺杂对样品性能的影响

3.1.3 B位掺杂对样品性能的影响

3.1.4 A位掺杂和B位掺杂样品性能的比较

3.1.5 A、B位同时掺杂样品的性能

3.2复阻抗图的分析

3.2.1复阻抗分析原理

3.2.2样品的复阻抗测试

3.3 Ti/Sr对样品性能的影响

3.3.1过量Ti和Sr的固溶量

3.3.2过量钛对样品性能的影响

3.3.3 Ti/Sr≈1时可降低对氧分压的要求

3.4氧化工艺对样品性能的影响

3.5 Li2CO3对样品性能的影响

3.6还原装置的设计和还原气氛产生的原理

3.7本章小结

第四章材料的显微结构与微观分析

4.1样品的XRD的分析

4.1.1不同钛锶比下SrTiO3的XRD图

4.1.2加入Nb205样品的XRD图谱和晶格常数的计算

4.2样品的SEM和EDAX

4.2.1 A、B分别掺杂和AB同时掺杂的SEM照片

4.2.2 Ti/Sr比不同时样品的SEM照片

4.2.3加入不同量Li2CO3样品的SEM照片

4.3本章小结

第五章环形马达消噪器件的设计和应用

5.1环形马达消噪器件的设计

5.1.1环形马达消噪器件的导电模型

5.1.2环形马达消噪器件的特点和外形图

5.1.2环形马达消噪器件的外形图

5.1.3环形消噪器件的外形尺寸

5.2环形马达消噪器件的应用

5.2.1感性负载电路中的瞬变现象

5.2.2消除火花的原理

5.2.3环形马达消噪器件电气参数的选择

5.2.4应用特点的分析

5.3实验中优选配方用于环形消噪器件的环形SrTiO3压敏电阻器的压敏性 能

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢