氧化锡基薄膜压敏电阻的制备及其性能研究
发布时间：2021-03-04 19:49
压敏电阻器被广泛地应用于各类电子设备和电力系统中,抑制瞬时高压、输电线路浪涌电流。然而,日益发展的科学技术促使小尺寸、低压化的新型薄膜压敏电阻器的研究迫在眉睫。目前已报道的SnO2基薄膜压敏电阻制备工艺复杂、样品非线性系数低且压敏电压较高。因此,本论文采用射频磁控溅射技术沉积得到缺氧型氧化锡薄膜,之后将其分别浸没于Sb2O3、Ta2O5、Nb2O5粉末中进行热渗处理。该方法在降低氧化锡晶粒电阻的同时提高晶界电阻,从而在氧化锡晶界处构建有效的双肖特基势垒,获得系列高性能SnO2-x-Sb2O3、SnO2-x-Ta2O5、SnO2-x-Nb2O5薄膜压敏电阻。（1）采用射频磁控溅射的方法沉积得到缺氧型氧化锡薄膜,并且系统地研究了O2<...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SnO2晶体结构示意图（王春明，2007）
9晶格内部产生一定程度的缺陷，从而获得性能优异的SnO2基压敏材料。Aguilar-Martínez等人制备出了Co3O4、Sb2O5和Cr2O3掺杂的SnO2压敏电阻（Aguilar-MartínezJA，2009）；Brandkovic等人在SnO2陶瓷体系中同时掺杂Cr2O3和Nb2O5，并详细讨论了Cr2O3和Nb2O5的添加量对SnO2基陶瓷压敏电阻压敏性能的影响（BrankoviG，2005）。（3）TiO2基压敏电阻。1982年，贝尔实验室首先了报道了TiO2低压压敏电阻，随后有许多科研工作者投入TiO2基压敏电阻的探索中。其中，Yan等人利用粉末加工制备并在1400℃强化烧结处理，获得高非线性系数的低压TiO2基压敏电阻（YanMF，1982）。TiO2压敏电阻的低压敏电压特性、高非线性系数、高介电常数等突出优势使得其具有广阔的研究前景。1.4.1压敏电阻的电学特性压敏电阻最显著的特性即为非线性电流-电压行为。在一定的电流密度范围内，通过压敏电阻的电流值随外加电压的变化呈非线性变化。了解压敏电阻电压-电流曲线图，可以初步判断压敏材料不同阶段的导电特性，有助于更深入地分析其导电机制。典型压敏电阻的非线性I-V特性曲线如图1-2所示（TapanKG，1990）。该曲线中可被划分为三个区域：（1）低电流线性区：也称为预击穿区，该区域内线性阶段的I-V特性符合欧图1-2压敏电阻的典型非线性I-V特性曲线（GuptaTK，1990）。Fig.1-2TypicalnonlinearI-Vcharacteristiccurvesofvaristors.
12中电流区之间的过渡区域的导电机理，此模型无法合理地进行解释。因此，Mahan提出空穴并生的隧道肖特基势垒模型（MahanGD，1979），即将电子穿越晶界的过程分为两步，即电子首先从晶粒到晶界层界面，然后穿过晶界层到达相邻的晶粒。当外加电场较低时，电流主要由电子热激发产生，少数载流子会迁移到晶粒的晶界处并与电子中和，从而束缚电荷在晶界与晶粒之间形成定向流动，使得压敏电阻中产生小电流。当外加电场逐渐接近击穿场强，电子穿过晶界层进入右侧晶粒时，仅有少量电子能通过较窄的右侧势垒而产生隧道效应，而随外加电场持续增强，通过隧道效应进入右侧晶粒的电子数目逐渐越多，故电流-电压曲线能够平滑地由低电流区过渡到中电流区。图1-3偏置电压低于压敏电阻时晶界势垒的畸变（臧国忠，2006）。Fig.1-3Distortionofgrainboundarybarrierwhenbiasvoltageislowerthanthevaristorvoltage.（2）中电流区。此区域的导电机理主要包括势垒消失机理和隧道电流机理。学者们对隧道电流机理进行了逐步完善：1975年，Levinson等人在双肖特基势垒的基础上提出了晶界层隧道电流模型（LevinsonLM，1975），该模型假设晶界层是一个高阻层，其厚度约为0.1μm；1976年，Morris等人提出双肖特基势垒隧道电流模型（MorrisWG，1976），很好地解释了压敏电阻在中电流区的非线性行为产生原因；之后，Mahan提出了空穴生成隧道电流模型（MahanGD，1979），该模型能够解释压敏电阻非线性系数达到50-100的导电机理。（3）高电流区。压敏电阻的耗尽层已经全部消失，材料的电学特性主要由晶
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析民航科技英语句法特点及翻译技巧[J]. 张学菊. 科技视界. 2016(04)
[2]爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的抗爆与加固技术研究进展[J]. 曲艳东,李鑫,孔祥清,孙从煌. 科技导报. 2016(02)
[3]锰离子掺杂对SnO2-Sb2O3系压敏材料电性能的影响[J]. 卢振亚,黄欢,陈志武. 稀有金属材料与工程. 2009(S2)
[4]SnO2-Sb2O3基压敏陶瓷致密化及脉冲电流耐受特性[J]. 卢振亚,黄欢,吴建青. 无机材料学报. 2009(04)
[5](Ba,Co,Nb)掺杂SnO2压敏材料电学非线性的研究[J]. 王春明,王矜奉,陈洪存,王文新,苏文斌,臧国忠,亓鹏. 压电与声光. 2004(02)
[6]CeO2掺杂引起SnO2压敏电阻的晶粒尺寸效应[J]. 滕树新,王矜奉,陈洪存,苏文斌,臧国忠,高建鲁. 电子元件与材料. 2003(11)
[7]脉冲激光沉积技术及其应用[J]. 陈传忠,包全合,姚书山,雷廷权. 激光技术. 2003(05)
[8]反应磁控溅射ZnO薄膜的高温退火研究[J]. 陈汉鸿,吕建国,叶志镇,汪雷,赵炳辉. 真空科学与技术. 2002(06)
[9]钕掺杂对SnO2·Co2O3·Nb2O5压敏电阻瓷电性能的影响[J]. 亓鹏,王矜奉,陈洪存,高琨,高建鲁. 电子元件与材料. 2002(11)
[10](Li,Nb)掺杂SnO2压敏材料的电学非线性研究[J]. 李长鹏,王矜奉,陈洪存,苏文斌,李明明. 压电与声光. 2001(05)
博士论文
[1]高压二氧化锡压敏材料和高温钛酸铋钠钾压电材料的研究[D]. 王春明.山东大学 2007
[2]高压SnO2压敏陶瓷研究及新型低压—高介压敏、无铅压电材料探索[D]. 臧国忠.山东大学 2006
硕士论文
[1]高性能氧化锌基薄膜压敏电阻的研制[D]. 王杨.中国地质大学(北京) 2017
[2]SnO2压敏电阻的制备及其性能的研究[D]. 胡光亮.陕西科技大学 2014
[3]SnO2压敏电阻材料掺杂改性研究[D]. 贺剑锋.中国地质大学（北京） 2013
[4]SnO2压敏电阻的掺杂改性研究[D]. 周紫阳.华南理工大学 2011
本文编号：3063808
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SnO2晶体结构示意图（王春明，2007）
9晶格内部产生一定程度的缺陷，从而获得性能优异的SnO2基压敏材料。Aguilar-Martínez等人制备出了Co3O4、Sb2O5和Cr2O3掺杂的SnO2压敏电阻（Aguilar-MartínezJA，2009）；Brandkovic等人在SnO2陶瓷体系中同时掺杂Cr2O3和Nb2O5，并详细讨论了Cr2O3和Nb2O5的添加量对SnO2基陶瓷压敏电阻压敏性能的影响（BrankoviG，2005）。（3）TiO2基压敏电阻。1982年，贝尔实验室首先了报道了TiO2低压压敏电阻，随后有许多科研工作者投入TiO2基压敏电阻的探索中。其中，Yan等人利用粉末加工制备并在1400℃强化烧结处理，获得高非线性系数的低压TiO2基压敏电阻（YanMF，1982）。TiO2压敏电阻的低压敏电压特性、高非线性系数、高介电常数等突出优势使得其具有广阔的研究前景。1.4.1压敏电阻的电学特性压敏电阻最显著的特性即为非线性电流-电压行为。在一定的电流密度范围内，通过压敏电阻的电流值随外加电压的变化呈非线性变化。了解压敏电阻电压-电流曲线图，可以初步判断压敏材料不同阶段的导电特性，有助于更深入地分析其导电机制。典型压敏电阻的非线性I-V特性曲线如图1-2所示（TapanKG，1990）。该曲线中可被划分为三个区域：（1）低电流线性区：也称为预击穿区，该区域内线性阶段的I-V特性符合欧图1-2压敏电阻的典型非线性I-V特性曲线（GuptaTK，1990）。Fig.1-2TypicalnonlinearI-Vcharacteristiccurvesofvaristors.
12中电流区之间的过渡区域的导电机理，此模型无法合理地进行解释。因此，Mahan提出空穴并生的隧道肖特基势垒模型（MahanGD，1979），即将电子穿越晶界的过程分为两步，即电子首先从晶粒到晶界层界面，然后穿过晶界层到达相邻的晶粒。当外加电场较低时，电流主要由电子热激发产生，少数载流子会迁移到晶粒的晶界处并与电子中和，从而束缚电荷在晶界与晶粒之间形成定向流动，使得压敏电阻中产生小电流。当外加电场逐渐接近击穿场强，电子穿过晶界层进入右侧晶粒时，仅有少量电子能通过较窄的右侧势垒而产生隧道效应，而随外加电场持续增强，通过隧道效应进入右侧晶粒的电子数目逐渐越多，故电流-电压曲线能够平滑地由低电流区过渡到中电流区。图1-3偏置电压低于压敏电阻时晶界势垒的畸变（臧国忠，2006）。Fig.1-3Distortionofgrainboundarybarrierwhenbiasvoltageislowerthanthevaristorvoltage.（2）中电流区。此区域的导电机理主要包括势垒消失机理和隧道电流机理。学者们对隧道电流机理进行了逐步完善：1975年，Levinson等人在双肖特基势垒的基础上提出了晶界层隧道电流模型（LevinsonLM，1975），该模型假设晶界层是一个高阻层，其厚度约为0.1μm；1976年，Morris等人提出双肖特基势垒隧道电流模型（MorrisWG，1976），很好地解释了压敏电阻在中电流区的非线性行为产生原因；之后，Mahan提出了空穴生成隧道电流模型（MahanGD，1979），该模型能够解释压敏电阻非线性系数达到50-100的导电机理。（3）高电流区。压敏电阻的耗尽层已经全部消失，材料的电学特性主要由晶
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析民航科技英语句法特点及翻译技巧[J]. 张学菊. 科技视界. 2016(04)
[2]爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的抗爆与加固技术研究进展[J]. 曲艳东,李鑫,孔祥清,孙从煌. 科技导报. 2016(02)
[3]锰离子掺杂对SnO2-Sb2O3系压敏材料电性能的影响[J]. 卢振亚,黄欢,陈志武. 稀有金属材料与工程. 2009(S2)
[4]SnO2-Sb2O3基压敏陶瓷致密化及脉冲电流耐受特性[J]. 卢振亚,黄欢,吴建青. 无机材料学报. 2009(04)
[5](Ba,Co,Nb)掺杂SnO2压敏材料电学非线性的研究[J]. 王春明,王矜奉,陈洪存,王文新,苏文斌,臧国忠,亓鹏. 压电与声光. 2004(02)
[6]CeO2掺杂引起SnO2压敏电阻的晶粒尺寸效应[J]. 滕树新,王矜奉,陈洪存,苏文斌,臧国忠,高建鲁. 电子元件与材料. 2003(11)
[7]脉冲激光沉积技术及其应用[J]. 陈传忠,包全合,姚书山,雷廷权. 激光技术. 2003(05)
[8]反应磁控溅射ZnO薄膜的高温退火研究[J]. 陈汉鸿,吕建国,叶志镇,汪雷,赵炳辉. 真空科学与技术. 2002(06)
[9]钕掺杂对SnO2·Co2O3·Nb2O5压敏电阻瓷电性能的影响[J]. 亓鹏,王矜奉,陈洪存,高琨,高建鲁. 电子元件与材料. 2002(11)
[10](Li,Nb)掺杂SnO2压敏材料的电学非线性研究[J]. 李长鹏,王矜奉,陈洪存,苏文斌,李明明. 压电与声光. 2001(05)
博士论文
[1]高压二氧化锡压敏材料和高温钛酸铋钠钾压电材料的研究[D]. 王春明.山东大学 2007
[2]高压SnO2压敏陶瓷研究及新型低压—高介压敏、无铅压电材料探索[D]. 臧国忠.山东大学 2006
硕士论文
[1]高性能氧化锌基薄膜压敏电阻的研制[D]. 王杨.中国地质大学(北京) 2017
[2]SnO2压敏电阻的制备及其性能的研究[D]. 胡光亮.陕西科技大学 2014
[3]SnO2压敏电阻材料掺杂改性研究[D]. 贺剑锋.中国地质大学（北京） 2013
[4]SnO2压敏电阻的掺杂改性研究[D]. 周紫阳.华南理工大学 2011
本文编号：3063808
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3063808.html
