《电子陶瓷ch》PPT课件

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1、§6-1概述§6-2BaTiO3瓷的半导化机理§6-3PTC热敏电阻§6-4半导体陶瓷电容器第六章半导体陶瓷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•cm2.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.

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3.ZnO半导体瓷（当电压低时，I很小，ρ高，当电压＞临界电压，I陡增几个数量级）→压敏电阻4.光敏半导体瓷(CdS、CdSe、PbS等)→光敏元件5.气敏半导体瓷(SnO2、ZnO等)(对O2、H2、CO、乙醇等敏感)→气敏元件6.湿敏半导体瓷(种类很多,如MgCr2O4-TiO2系等)→湿敏元件种类：§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

3、电容器（晶界阻挡层型），ZnO非线性电阻器；3.利用表面性质：半导体电容器（表面阻挡层型），湿敏传感器；§6-1概述§6-2BaTiO3瓷的半导化机理纯BaTiO3陶瓷的禁带宽度2.5~3.2ev，因而室温电阻率很高(>1010Ω•cm)，然而在特殊情况下，BaTiO3瓷可形成n型半导体，使BaTiO3成为半导体陶瓷的方法及过程，称为BaTiO3瓷的半导化。1．原子价控制法（施主掺杂法）2．强制还原法3．AST法4.对于工业纯原料，原子价控制法的不足在高纯（≥99.9％）BaTiO3中掺入微量（＜0.3％mol）的离子半径与Ba2+相近，电价比Ba2+

4、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。1．原子价控制法（施主掺杂法）§6-2BaTiO3瓷的半导化机理Ti3+=Ti4+·e,其中的e为弱束缚电子，容易在电场作用下运动而形成电导§6-2BaTiO3瓷的半导化机理电导率与施主杂质含量的关系I区：电子补偿区II区：电子与缺位混合补偿区III区：缺位补偿区IV区：双位补偿区§6-2BaTiO3瓷的半导化

5、机理原因：(1)若掺杂量过多，而Ti的3d能级上可容的电子数有限，为维持电中性，生成钡空位，而钡空位为二价负电中心，起受主作用，因而与施主能级上的电子复合，ρv↑。可表示为：而:,实验发现：施主掺杂量不能太大，否则不能实现半导化，§6-2BaTiO3瓷的半导化机理（2）若掺杂量过多，三价离子取代A位的同时还取代B位，当取代A位时形成施主，提供导带电子e，而取代B位时形成受主，提供空穴h，空穴与电子复合，使ρV↑，掺量越多，则取代B位几率愈大，故ρV愈高。§6-2BaTiO3瓷的半导化机理在还原气氛中烧结或热处理，将生成氧空位而使部分Ti4+→Ti3+，

6、从而实现半导化。（102～106Ω•cm）取决于气氛与温度2.强制还原法§6-2BaTiO3瓷的半导化机理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。§6-2BaTiO3瓷的半导化机理3.AST法当材料中含有Fe、K等受主杂质时，不利于晶粒

7、半导化。加入SiO2或AST玻璃（Al2O3·SiO2·TiO2）可以使上述有害半导的杂质从晶粒进入晶界，富集于晶界，从而有利于陶瓷的半导化。AST玻璃可采用Sol-Gel法制备或以溶液形式加入。§6-2BaTiO3瓷的半导化机理对于工业纯原料，由于含杂量较高，特别是含有Fe3+、Mn3+(或Mn2+)、Cu+、Cr3+、Mg2+、Al3+(K+、Na+)等离子，它们往往在烧结过程中取代BaTiO3中的Ti4+离子而成为受主，防碍BaTiO3的半导化。例如：4.工业纯原料原子价控法的不足§6-2BaTiO3瓷的半导化机理1．PTC热敏电阻简介2．BaT

8、iO3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.P