SnO-CoO-BiO-SbO系压敏电阻的电学性质

• 作 者: 蔡源源
• 机 构: 华南理工大学 华南理工大学
• 出 处: 华南理工大学
• 发表日期: 2007年1期
• 关键词: 压敏电阻材料

SnO<,2>压敏电阻材料由于具有优良的电压非线性特性和较高的压敏电压而备受关注。由于SnO<,2>材料很难烧成致密的陶瓷，许多早期的研究者都采用等静压成型与高温烧结等工艺办法来提高SnO<,2>陶瓷的致密度，但随着人们对SnO<,2>压敏陶瓷的研究不断深化，人们发现通过掺杂也能提高样品的相对密度。基于这种思想，本工作通过掺杂Bi<,2>O<,3>，在陶瓷烧结过程中引入液相，来提高SnO<,2>压敏陶瓷的致密度，制作具有较高相对密度和稳定压敏特性的SnO<,2>-Co<,2>O<,3>-Sb<,2>O<,3>-Bi<,2>O<,3>系压敏电阻材料。并在SnO<,2>-Co<,2>O<,3>-Sb<,2>O<,3>-Bi<,2>O<,3>系压敏电阻材料的基础上，添加SiO<,2>和Cr<,2>O<,3>来提高压敏电阻材料的电学性能。
本文首先研究了Bi<,2>O<,3>掺杂的SnO<,2>压敏电阻材料，发现Bi<,2>O<,3>的掺杂能提高陶瓷的致密度，稳定压敏电压V<,lmA>，但Bi<,2>O<,3>的掺杂也导致长条形晶粒的出现。样品断面的背散射电子像表明Bi<,2>O<,3>的掺杂导致晶界上的第二相增多。X射线衍射分析显示在添加0.1mol％Bi<,2>O<,3>样品中只有SnO<,2>和畸变焦绿石相Bi<,2>Sn<,2>O<,7>，但当Bi<,2>O<,3>的掺杂量增加，畸变焦绿石相Bi<,2>Sn<,2>O<,7>的衍射峰强减弱，添加的Bi<,2>O<,3>在晶界上形成无定形相。随着Bi<,2>O<,3>的掺杂量增加，样品的相对介电常数先增大后减小，在30MHz左右的测量频率下，有介质损耗峰出现，样品的压敏电压V<,lmA>和非线性系数α增大，漏电流I<,l>降低。
实验结果表明SiO<,2>的掺杂能抑制SnO<,2>晶粒的各向异性生长，减少由Bi<,2>O<,3>的掺杂而导致的长条形晶粒出现。样品的背散射电子像说明SiO<,2>的掺杂显著地影响了陶瓷体的微观结构，在烧结过程中有Si原子进入SnO<,2>晶格。SiO<,2>的掺杂使Bi<,2>O<,3>掺杂而引起的介质损耗峰消失，相对介电常数降低。随着SiO<,2>的掺杂量增多，样品的压敏电压V<,lmA>和漏电流I<,l>增大，非线性系数α先增大后减小。
在上述SnO<,2>压敏电阻配方的基础上，比较Sb<,2>O<,3>与Nb<,2>O<,5>掺杂样品的各种性能，发现适量掺杂Sb<,2>O<,3>的样品具有较好的大电流特性。尽管Sb<,2>O<,3>掺杂样品的压敏电压V<,lmA>和非线性系数α较小，漏电流I<,l>较大，但是作为促使晶粒半导化的添加物，在降低晶粒电阻方面Sb<,2>O<,3>比Nb<,2>O<,5>有效。
为了进一步提高制得的SnO<,2>压敏电阻的非线性系数α，本工作引入0～0.50mol％Cr<,2>O<,3>，研究了Cr<,2>O<,3>掺杂对SnO<,2>压敏电阻的影响。样品的背散射电子像表明属于低原子序数的Cr原子在烧结过程中进入SnO<,2>晶格，Cr<,2>O<,3>掺杂导致样品晶粒尺寸减小。随着Cr<,2>O<,3>的掺杂量增多，样品的相对密度先增大后缓慢减小，压敏电压V<,lmA>增大，漏电流I<,l>减小，非线性系数α先增大后减小直至消失。在本工作中，在SnO<,2>-Co<,2>O<,3>-Sb<,2>O<,3>系压敏电阻材料的基础上，掺杂适量的Bi<,2>O<,3>、Cr<,2>O<,3>和SiO<,2>，制作出具有良好压敏性能的样品，其相对密度大于97％，压敏电压～360 V·mm<-1>，非线性系数α～35，漏电流I<,l>～8μA。