ZnO低压压敏电阻陶瓷材料研究进展

本文详细介绍了不同体系的ZnO低压压敏电阻材料特点及各自的局限性,并且对ZnO压敏电阻向低压化发展趋势下出现的材料低温烧结技术进行了评述。最后在总结以往研究的基础上提出了若干ZnO低压压敏电阻材料组份设计上的原则,可为压敏电阻及其它电子陶瓷材料的研究提供一定的指导意义。

低压ZnO压敏电阻材料研究及发展概况

概述了低压ZnO压敏电阻材料的制备工艺、应用技术、粉料制备 ,以及晶界特性、导电模型、老化机理的研究进展和研究中存在的问题 ,并对以后的发展方向进行了展望。着重讲述了掺杂物对烧结过程、晶粒生长和晶界结构的作用以及显微结构 (晶粒大小及晶界状态 )均匀性对电性能和老化特性的影响 ,并提出了改善老化性能的关键措施。

TiO_2掺杂对低压ZnO压敏电阻性能的影响

研究了 Ti O2 掺杂量及制备工艺对 Zn O压敏电阻性能的影响。Ti O2 掺杂超过一定量时 ,压敏场强就不再降低 ,而非线性系数却一直下降 ,漏流迅速增大 ,使性能劣化。因此 ,要控制 Ti O2 掺杂量在适当范围内。粉料煅烧温度和烧成温度的高低也直接影响 Zn O压敏电阻性能。

Co2_O_3和MnCO_3掺杂对低压ZnO压敏电阻电性能的影响

概述了低压ZnO压敏电阻的重要添加剂的作用,阐述了其电性能“三参数”(压敏电压梯度、非线性系数和漏电流)的影响因素。用低压ZnO压敏电阻的基本配方,以及在此基础上分别添加Co2O3、MnCO3、Co2O3+MnCO3四种配方制备样品作对比实验。发现Co2O3、MnCO3掺杂后都能引起压敏电压梯度升高,非线性系数显著提高,漏电流明显降低,且效果Co2O3+MnCO3大于MnCO3大于Co2O3。对造成上述差别的原因进行了深入分析。

Y_2O_3掺杂对低压氧化锌压敏电阻材料结构和电学性能的影响

通过掺杂研究了微量Y2O3对低压氧化锌压敏电阻的电性能影响,并采用SEM测试手段对其微观组织结构进行了分析研究,从理论上探讨了Y2O3影响低压氧化锌压敏电阻电性能与组织的机理.研究结果表明,在0～0.07%(摩尔分数)掺杂范围内,随着Y2O3含量的增加,低压氧化锌压敏电阻的电场强度明显提高;当Y2O3含量超过0.07%时,电场强度又呈下降趋势.低压氧化锌压敏电阻掺杂Y2O3后,非线性指数α增大,漏电流IL减小,但当掺杂量在0.06%～0.09%(摩尔分数)的范围内,漏电流IL和非线性指数α的变化不大.其原因是Y2O3加入到氧化锌压敏电阻中,Y主要以固溶的形态分布于ZnO晶内和晶界处,使ZnO晶体的自由电子浓度增大,进而使填隙锌离子Zni的总浓度下降,引起填隙锌离子的传质能力下降,抑制了ZnO晶粒的生长,因而晶粒尺寸随Y2O3掺杂量的增加而减小.

低压ZnO压敏电阻中Bi_2O_3-TiO_2相变过程的研究

在最高温度950℃、1050℃、1150℃、1250℃4个温度下,采用2种配方:98.3%ZnO-0.7%Bi2O3-1.0%TiO2(摩尔分数),相应的无TiO2配方99.3%ZnO-0.7%Bi2O3(摩尔分数),分别制备样品进行对比研究。发现前者在950℃和1050℃的烧结温度下,没有形成明显Bi2O3偏聚的晶界;在1150℃和1250℃下,却形成了清晰的富铋晶界。而后者在950℃、1050℃、1150℃、1250℃4个温度下均形成了非常明显且清晰可辨的ZnO晶粒和晶界。通过XRD及相对峰强分析,发现了Bi2O3和TiO2在低压ZnO压敏电阻中的相变过程,并对其在烧结过程中的作用提出新的解释。

集成电路过压保护用ZnO压敏电阻的研制

为获得集成电路过电压保护用低压压敏电阻，以中压ZnO压敏电阻的配方为基础，通过研究与实验，确定了采用添加晶粒助长剂TiO2和籽晶、晶界稳定剂硼银玻璃和Ta2O5，低温烧结等途径，研制出了低压ZnO压敏电阻。测试结果表明，该ZnO压敏电阻的压敏电压为15～25V，漏电流小（〈2μA），非线性特性好（α〉29）。

Bi_4Ti_3O_(12)掺杂对低压ZnO压敏电阻性能的影响

Bi4Ti3O12在低压氧化锌压敏电阻器的烧结过程中起着重要作用。通过使用扫描电子显微镜(SEM)研究了添加Bi4Ti3O12粉体的陶瓷烧结过程。结果表明,使用纳米Bi4Ti3O12粉体的压敏电阻所获得的电压梯度更低,Zn2TiO4相的形态和分布影响压敏电压的分散性。

ZnO陶瓷薄膜的制备及其低压压敏性质

利用新型 Sol- Gel法在镀有 Au底电极的单晶硅片上制备 Bi2 O3、Sb2 O3掺杂的 Zn O陶瓷薄膜。先驱体溶液由 Bi2 O3、Sb2 O3掺杂的 Zn O纳米粉体均匀分散于含有 Zn(CH3COO) 2 、Bi(NO3) 3及 Sb2 O3的溶胶中制成。薄膜由甩胶法制备 ,并由 40 0°C预烧、75 0°C退火。制得的陶瓷薄膜 Zn O结晶良好 ,并存在β- Bi2 O3、Zn2 Sb3Bi3O1 4 及Zn7Sb2 O1 2 相 ,表现出良好的低压压敏性质。厚约为 3μm的 Zn O陶瓷薄膜非线性系数α为 6 .2、压敏电压为 5 V、漏电流为 8μA。

溶液包裹法制备低压氧化锌压敏陶瓷

报道了一种以掺杂物溶液包裹ZnO粉末制备高性能ZnO低压压敏陶瓷的新方法。采用该方法与常规固相反应法分别制备了低压ZnO压敏复合粉体。运用XRD、SEM手段对两种方法制备的粉体及烧结试样进行了表征,并对烧结试样密度及电学性质进行了测定。结果显示:与固相反应法所制试样相比,溶液包裹法制得的试样的ZnO晶粒显著变大,均匀性和致密性也得到明显改善;梯度电压明显降低,非线性系数提高,漏电流减小,实用性大幅度提高。可见,这种新颖的溶液包裹方法较常规固相反应法更适合于ZnO低压压敏陶瓷的制备。分析认为,溶液包裹法的这些优点归因于制备过程中掺杂物包裹层的纳米效应导致的ZnO陶瓷微观结构均一性的提高。

In_(2)O_(3)掺杂对低压ZnO压敏电阻显微结构及电气性能的影响

提出了掺杂In_(2)O_(3)对低压ZnO压敏电阻显微结构的影响及对其综合电气性能的研究。通过改变In_(2)O_(3)的用量,同时借助相关分析方法对压敏电阻的显微结构和电气性能进行综合分析。最终发现,随着In_(2)O_(3)含量的增加,低压ZnO压敏电阻的电气性能得到提升,但是过量的In_(2)O_(3)却会使其残压比和正反极性增加。I-3电阻片具有最佳的电学性能,其电位梯度为115.5 V·mm^(-1),漏电流为1.34μA,非线性系数α为68.1,以及残压比为2.20。其耐8/20μs、10 kA浪涌冲击正面变化变化率为-0.2%,反面变化率-4.8%。

高温高压下Co掺杂ZnO的压敏特性

利用CS-m-D六面顶压机,对钴掺杂氧化锌Zn1-xCoxO(x=0,0.02,0.05,0.1)纳米粉末样品,在温度为600℃和压力为常压、4 GPa、6 GPa的条件下进行高温高压处理。通过对样品的X射线衍射分析和伏安特性测量,结果表明,高温高压能够有效促进材料晶粒成长,并有效提高样品的压敏特性。同时,实验显示,不同组分的Zn1-xCoxO样品中,x=0.05的样品具有较好的压敏特性。另外,通过分析指出,高温高压下掺杂样品产生的晶界偏析也是提高样品非线性的原因之一。