BaSnO-,3-半導(dǎo)體陶瓷的制備及其電性能研究.pdf

1、本學(xué)位論文是關(guān)于BaSnO3半導(dǎo)體陶瓷材料的制備技術(shù)及電性能方面的研究。首先，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法制備工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，包括引入合適配比的助燒劑，增大生坯成型的鍛壓力，合理控制燒結(jié)溫度和時(shí)間等，用BaCO3和SnO2作為制備BaSnO3陶瓷的主成份，在1450℃下制得了性能良好的BaSnO3半導(dǎo)體陶瓷，解決了長(zhǎng)期困擾研究者的BaSnO3陶瓷成瓷困難的問(wèn)題。微結(jié)構(gòu)測(cè)試表明，材料結(jié)構(gòu)致密，相對(duì)密度大于理論值的97％，晶粒生長(zhǎng)良好，晶粒尺

2、寸在4～10μm，平均粒徑約為8μm，晶界結(jié)構(gòu)清晰，未見(jiàn)明顯的第二相存在。 詳細(xì)考察了Na2CO3、Li2CO3和Mn(NO3)2作為受主摻雜對(duì)N型半導(dǎo)化BaSnO3陶瓷晶界電性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單純的Na2CO3或Li2CO3摻雜都不能有效提高BaSnO3半導(dǎo)瓷的晶界勢(shì)壘，而它們與Mn(NO3)2復(fù)合摻雜可有效增強(qiáng)陶瓷的晶界效應(yīng)。隨Mn(NO3)2摻雜量的增加，陶瓷晶界勢(shì)壘有增大的趨勢(shì)，但濃度過(guò)大時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響晶粒的導(dǎo)電性能

3、。合適的配比摻雜可以使BaSnO3半導(dǎo)瓷的晶界勢(shì)壘達(dá)0.5eV，材料電阻率為3.3×106O·cm，晶粒電阻率在4.3O·cm，表觀介電系數(shù)er=1.9×104(1KHz)，1KHz到6MHz之間的損耗小于0.4，初步解決了BaSnO3半導(dǎo)瓷晶界勢(shì)壘難以做高的問(wèn)題。 微量摻雜Sb2O3助燒作用顯著，會(huì)明顯提高材料的致密度，降低材料成瓷溫度，增大其摻量，可以使材料在1350℃基本成瓷。但Sb2O3摻雜量的增加會(huì)補(bǔ)償偏析于晶界的受主

4、，導(dǎo)致陶瓷的晶界勢(shì)壘減小。燒結(jié)溫度對(duì)BaSnO3半導(dǎo)瓷的性能起著至關(guān)重要的作用，隨溫度的降低，陶瓷的成瓷效果逐漸變差，電性能迅速惡化。研究顯示，在145O℃下燒結(jié)，可以獲得晶相單一，結(jié)構(gòu)良好的樣品，材料電性能也相應(yīng)較好。對(duì)樣品進(jìn)行二次大氣中的熱處理實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示該工藝會(huì)降低BaSnO3半導(dǎo)瓷的晶界勢(shì)壘，原因是晶粒內(nèi)部的氧空位向晶界擴(kuò)散。對(duì)作為高價(jià)施主摻雜的Ta2O5的引入對(duì)BaSnO3陶瓷晶粒半導(dǎo)化的作用不顯著。 本研究認(rèn)為在B