TiO2压敏电阻晶界电学性质的研究

论文题目: TiO2压敏电阻晶界电学性质的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 凝聚态物理

作者: 苏文斌

导师: 王矜奉

关键词: 压敏电阻,晶界势垒,晶界间隙态,耗尽层,施主能级

文献来源: 山东大学

发表年度: 2005

论文摘要: 近些年来随着自动化控制电路和半导体技术的发展,人们对压敏材料的要求趋向于多功能化和低压化,TiO2压敏电阻作为一种电容—压敏多功能材料开始引起科研工作者的关注。与以往的ZnO压敏材料相似,TiO2压敏电阻也是一种具有典型晶界电学性质的多晶陶瓷材料,材料的电学性质与晶界处的势垒密切相关。但是ZnO为非单相结构,在晶界上存在尖晶石(Zn7Sb2O12)、焦绿石、富铋相等结构物质,而TiO2压敏材料除TiO2的四方结构外,未发现其它结构的成分存在。由于二者结构不同,使得ZnO和TiO2压敏电阻分别表现出不同的势垒形成机制,致使前人有关ZnO压敏材料的势垒模型不能照搬用于TiO2压敏电阻。因此建立新的适用于TiO2压敏电阻的理论模型是目前TiO2这一电容—压敏多功能材料研究的重要课题。本篇论文的主要目的就是通过各种试验手段来研究TiO2压敏电阻的晶界电学性质,讨论晶界势垒的形成机制以及势垒随外界温度、电场的变化规律,提出能够适用于TiO2压敏电阻的势垒模型,完善人们对TiO2压敏电阻非线性电学行为的理解。 考虑到二元系压敏电阻化学成分简单,结构易于分辨,内部晶格缺陷的形式易于分析等特点,本文从最简单的二元系压敏电阻入手,对TiO2+0.25mol%WO3和TiO2+0.25mol%Ta2O5两种压敏电阻进行了对比研究。试验结果发现二者都表现出较好的非线性电学性质。其中TiO2WO3压敏电阻非线性系数为9.6,压敏电压为44.5V/mm。TiO2Ta2O5压敏电阻非线性系数为5.6,压敏电压为7.6V/mm。 本文首先分析了这两种压敏电阻在小电流区域（1-10uA）内的I-V性质。对于压敏材料小电流区域的I-V行为一般都是通过热电子激发机制来描述,这一点在TiO2压敏电阻中同样适用。本文通过小电流区域I-V拟合的方法得到了这两种压敏电阻的晶界势垒值,试验结果发现二者具有相近的数值和相似的温度依赖关系。 本文进一步采用了另一种测量晶界势垒的方法—电容—电压（C-V）法来确定晶界势垒值,以验证I-V拟合得到的结果。试验发现两种方法得到的结果存在差别,特别是在高温条件下两种方法测定的值差别较大。本文通过计算不同温度下的晶界费米能级来修正I-V拟合得到的势垒值,发现修正之后的值在室温范围内与C-V方法得到的值一致,均为0.6eV,并且还发现势垒在室温至150℃的温度范围内基本不变。考虑到在高温环境下,受到晶界耗尽层中施主能级的影响C-V方法会产生较大误差,

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 压敏电阻概述

1.1 前言

1.2 压敏电阻的电学特性

1.3 压敏电阻主要性能参数

1.4 压敏材料的微观结构

1.5 压敏电阻的理论模型

1.6 制备工艺

1.7 压敏电阻的应用

本章参考文献

第二章 TiO_2Ta_2O_5和TiO_2WO_3压敏电阻的非线性电学性质

2.1 前言

2.2 样品制备与测试

2.3 实验结果与分析

2.3.1 非线性电学特性

2.3.2 缺陷分析与势垒形成机制

2.3.3 介电性质

2.3.4 等温电容瞬态谱

2.4 本章结论

本章参考文献

第三章 Er_2O_3掺杂的TiO_2压敏电阻

3.1 前言

3.2 样品制备与测试

3.3 实验结果与分析

3.3.1 非线性I-V性质

3.3.2 介电频谱

3.4 本章结论

本章参考文献

第四章 Pr_6O_(11)掺杂的TiO_2压敏电阻

4.1 前言

4.2 样品制备与测试

4.3 实验结果与分析

4.3.1 微观结构

4.3.2 非线性I-V性质，介电频谱和C-V性质

4.3.3 复阻抗频谱(Z'-Z'')

4.4 本章结论

本章参考文献

第五章 Sc_2O_3掺杂的TiO_2压敏电阻

5.1 前言

5.2 样品制备与测试

5.3 实验结果与分析

5.3.1 非线性I-V性质，介电频谱和C-V性质

5.3.2 偏压导致的阻抗谱

5.4 本章结论

本章参考文献

第六章 论文总结

致谢

发表文章目录及获奖情况

学位论文评阅及答辩情况表

发布时间: 2005-10-17

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