TiO2壓敏電阻晶界電學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、　　近些年來隨著自動化控制電路和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,人們對壓敏材料的要求趨向于多功能化和低壓化,TiO2壓敏電阻作為一種電容—壓敏多功能材料開始引起科研工作者的關(guān)注。與以往的ZnO壓敏材料相似,TiO2壓敏電阻也是一種具有典型晶界電學(xué)性質(zhì)的多晶陶瓷材料,材料的電學(xué)性質(zhì)與晶界處的勢壘密切相關(guān)。但是ZnO為非單相結(jié)構(gòu),在晶界上存在尖晶石(Zn7Sb2O12)、焦綠石、富鉍相等結(jié)構(gòu)物質(zhì),而TiO2壓敏材料除TiO2的四方結(jié)構(gòu)外,未發(fā)現(xiàn)其它結(jié)構(gòu)的

2、成分存在。由于二者結(jié)構(gòu)不同,使得ZnO和TiO2壓敏電阻分別表現(xiàn)出不同的勢壘形成機(jī)制,致使前人有關(guān)ZnO壓敏材料的勢壘模型不能照搬用于TiO2壓敏電阻。因此建立新的適用于TiO2壓敏電阻的理論模型是目前TiO2這一電容—壓敏多功能材料研究的重要課題。本篇論文的主要目的就是通過各種試驗手段來研究TiO2壓敏電阻的晶界電學(xué)性質(zhì),討論晶界勢壘的形成機(jī)制以及勢壘隨外界溫度、電場的變化規(guī)律,提出能夠適用于TiO2壓敏電阻的勢壘模型,完善人們對Ti

3、O2壓敏電阻非線性電學(xué)行為的理解。
　　考慮到二元系壓敏電阻化學(xué)成分簡單,結(jié)構(gòu)易于分辨,內(nèi)部晶格缺陷的形式易于分析等特點(diǎn),本文從最簡單的二元系壓敏電阻入手,對TiO2+0.25mol%WO3和TiO2+0.25mol%Ta2O5兩種壓敏電阻進(jìn)行了對比研究。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)二者都表現(xiàn)出較好的非線性電學(xué)性質(zhì)。其中TiO2WO3壓敏電阻非線性系數(shù)為9.6,壓敏電壓為44.5V/mm。TiO2Ta2O5壓敏電阻非線性系數(shù)為5.6,壓敏電壓為7

4、.6V/mm。
　　本文首先分析了這兩種壓敏電阻在小電流區(qū)域(1-10uA)內(nèi)的I-V性質(zhì)。對于壓敏材料小電流區(qū)域的I-V行為一般都是通過熱電子激發(fā)機(jī)制來描述,這一點(diǎn)在TiO2壓敏電阻中同樣適用。本文通過小電流區(qū)域I-V擬合的方法得到了這兩種壓敏電阻的晶界勢壘值,試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)二者具有相近的數(shù)值和相似的溫度依賴關(guān)系。
　　本文進(jìn)一步采用了另一種測量晶界勢壘的方法—電容—電壓(C-V)法來確定晶界勢壘值,以驗證I-V擬合得到的結(jié)