微波烧结TiO2压敏电阻材料的研究

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TiO2基压敏材料具有压敏电压低、非线性系数高、介电常数高、制备工艺简单、成本低等优点,广泛应用于计算机、微电机等的集成电路中,起到过压保护、消噪、抗浪涌等作用,具有巨大的市场潜力。然而对于低压集成电路而言,该材料的压敏电压偏高,非线性系数偏低,介电损耗较大,难以满足其不断发展的要求。微波烧结加热速度快、烧结时间短、安全节能,还可以改善材料的组织结构。将微波烧结用于TiO2基压敏电阻的制备,有望提高该材料的综合性能。  本研究采用传统烧结和微波烧结两种方法,制备了添加不同掺杂物的TiO2基压敏材料。采用阿基米德法测量了样品的相对密度,用压敏电阻直流参数仪测量了样品的压敏性能,用自动元件分析仪测量了样品的介电性能,研究了烧结温度、烧结方式、掺杂物对TiO2基压敏材料性能的影响。同时,还借助扫描电子显微镜观察了样品的微观形貌。  实验发现:与传统烧结相比,微波烧结降低材料的烧结温度150~200℃,将烧结时间缩短为原来的1/6。同时,微波烧结压敏电阻的致密度提高,压敏电压降低,介电常数提高,综合性能得到改善。  Sr2+的掺杂有利于晶界势垒的形成。与1400℃下保温120min传统烧结样品相比,SrCO3掺杂量为1.5mol%的样品在1250℃下保温20min微波烧结,压敏电压从201.87V/cm降低到35.64V/cm,相对介电常数从27245.23升高到97240.34。  Ta5+的掺杂有利于晶粒的半导化,降低晶粒电阻。与1400℃下保温120min传统烧结样品相比,Ta2O5掺杂量为0.15mol%的样品在1200℃下保温20min微波烧结,V1mA从234.29V/cm降低到154.49V/cm,εr从26900.44升高到40714.5。  同时,微波烧结有利于掺杂物在样品中的均匀扩散。Ta2O5掺杂量为0.15mol%时,在传统烧结1400℃下保温120min的样品具有较好的性能;而在1250℃保温20min的微波烧结中,Ta2O5的掺杂量可提高到0.25mol%,此时V1mA从162.35V/cm降低到16.53V/cm,εr从27592.91升高到78976.99。
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