论文题目: 氧化锌压敏电阻电输运特性及大通流器件设计研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 微电子学与固体电子学
作者: 禹争光
导师: 杨邦朝
关键词: 压敏电阻,纳米复合粉,微波等离子烧结,氧分压,通流能力
文献来源: 电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: ZnO压敏电阻由于具有优良的非线性特性、大的浪涌吸收能力以及较高的工作稳定性而在电子、电力领域得到了迅速发展和广泛应用。对大通流容量和高性能的发展要求,是近期压敏电阻的研究热点和未来主要发展方向。论文系统地研究了ZnO压敏电阻界面态、界面电输运机理和大通流下压敏电阻的蜕化现象。对纳米材料、微波等离子烧结和烧结过程氧的影响关系等方面,取得了以下理论和实际应用方面的研究结果。 论文首先对ZnO压敏电阻空间电荷限制电流、隧穿等现有导电机理分析基础上,研究掺杂材料和氧在界面造成的缺陷,利用光电子能谱(XPS)、阴极荧光谱(CL)对压敏电阻界面陷阱进行分析,证实陷阱态模型并分析陷阱能级分布。通过泊松(Poisson)方程推导出界面空间电荷模型,通过大通流下压敏电阻的蜕化过程分析,讨论提高压敏电阻大通流对陶瓷均匀性、晶粒粒度分布等的要求,提出论文实验研究方向。 论文对ZnO压敏电阻原材料制备、掺杂工艺对器件电性能和抗蜕化能力影响研究。阐述了三种材料制备或掺杂工艺:(1).溶胶-凝胶法均相共沉制备纳米复合材料;(2).直流电弧等离子方法制备纳米氧化铋材料:(3).部分掺杂材料采用硝酸盐“液相掺杂”。实验通过波分色散谱(WDS)、TEM、SEM、XRD分析手段和电压-电流电性能测试对纳米材料及制备、压敏电阻微观结构、晶相、富Bi相液相烧结特点电性能进行表征和分析,综合评价三种方法工艺成本优缺点,获得了漏电流小(1.3μA),通流能力大(6000A/cm~2)器件。解释了纳米材料制备的压敏电阻电蜕化过程。 为提高烧结效率,缩短烧结时间,对压敏电阻常规微波烧结和微波等离子体烧结过程进行了分析研究,从Kelvin理论、瓷体烧结收缩率、微观形貌和压敏电阻非线性系数等方面比较了常规微波烧结与微波等离子烧结方式烧结ZnO
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
1．1 压敏电阻发展概况
1．2 氧化锌压敏电阻基本特性
1．2．1 ZnO压敏电阻电性能及基本概念
1．2．1．1 压敏电压
1．2．1．2 压敏电阻非线性系数
1．2．1．3 通流值
1．2．1．4 漏电流
1．2．1．5 能量耐量
1．2．2 ZnO压敏电阻晶相与结构
1．2．3 ZnO压敏电阻制备工艺
1．2．4 ZnO压敏电阻的应用和发展
1．3 氧化锌压敏电阻研究动态
1．3．1 ZnO压敏电阻相关机理研究现状
1．3．2 ZnO压敏电阻的蜕化
1．3．3 ZnO压敏电阻器件发展现状
1．3．4 ZnO压敏电阻发展方向预测
1．4 论文的选题和研究内容
1．4．1 大通流ZnO压敏电阻研制难点及意义
1．4．2 压敏电阻界面电输运研究
1．4．3 ZnO压敏电阻界面电输运研究意义
1．5 论文的研究路线和内容
1．5．1 论文采取的技术路线
1．5．2 论文研究内容
1．5．3 课题来源
第二章 ZnO压敏电阻非线性导电机理研究
2．1 前言
2．2 ZnO压敏电阻中的界面态
2．2．1 界面氧分析
2．2．2 掺杂离子的偏析
2．2．3 界面分析小结
2．3 对双肖特基势垒中的陷阱态的研究
2．3．1 光电子能谱(XPS)价带测试
2．3．2 XPS分析界面陷阱态
2．3．3 阴极荧光谱分析
2．3．4 陷阱态的Poisson方程推导
2．4 ZnO压敏电阻蜕化过程
2．4．1 ZnO压敏电阻脉冲作用下蜕化和失效
2．5 大通流与材料结构关系
2．5．1 提高ZnO压敏电阻通流量问题
2．5．1．1 提高结构均匀性
2．5．1．2 成分均匀性
2．5．1．3 电流密度分布均匀性的影响
2．5．2 ZnO压敏电阻通流能力设计
2．6 本章小结
第三章 纳米材料对器件的影响
3．1 前言
3．2 纳米复合粉体
3．2．1 纳米复合粉体的制备及表征
3．2．2 对压敏电阻通流能力的影响
3．2．3 小结
3．3 纳米氧化铋
3．3．1 纳米氧化铋的制备及表征
3．3．2 波谱分析(WDS)简介
3．3．3 氧化铋在氧化锌压敏电阻中分布
3．3．4 纳米氧化铋对压敏电阻器通流能力的影响
3．3．5 纳米材料器件电蜕化分析
3．3．6 小结
3．4 液相掺杂法
3．4．1 Co和Mn掺杂材料对压敏电阻性能的影响
3．4．2 液相掺杂实验
3．4．3 电学性能比较
3．4．4 结果分析
3．4．5 小结
3．5 三种方式制备压敏电阻性能比较
3．5．1 实验方法
3．5．2 结果分析
3．5．3 显微结构均匀性对压敏电阻电性能的影响
3．5．4 大电流冲击下压敏电阻蜕化讨论
3．6 本章小结
第四章 ZnO压敏电阻微波烧结
4．1 前言
4．1．1 烧结过程的能量和物质的传递
4．1．1．1 烧结过程的能态分析
4．1．1．2 烧结推动力
4．1．1．3 传质的基本关系式——Kelvin方程
4．1．1．4 ZnO压敏电阻具有液相烧
4．2 微波烧结分析
4．2．1 微波烧结原理
4．2．2 微波烧结特点
4．2．3 微波烧结机理研究
4．2．4 微波烧结工艺问题
4．3 实验部分
4．3．1 微波烧结步骤与方法
4．3．2 微波与微波等离子烧结升温曲线
4．4 实验结果与讨论
4．4．1 等离子烧结特点
4．4．2 微波、等离子烧结对压敏电阻形貌的影响
4．4．3 微波等离子烧结时间的确定
4．4．4 压敏电阻微波等离子烧结固相反应分析
4．4．5 微波等离子烧结对压敏电阻电性能的影响
4．4．6 微波等离子烧结均匀性研究
4．5 本章小结
第五章 ZnO压敏电阻中氧元素研究
5．1 前言
5．1．1 过渡金属氧化物中的原子价控制电导
5．1．2 过渡金属氧化物中的跳跃电导
5．2 实验部分
5．2．1 实验步骤与方法
5．2．2 分析检测
5．3 ZnO电导率与烧结氧分压关
5．4 氧分压对晶界电阻率的影响
5．4．1 ZnO压敏电阻界面电阻率分析
5．4．2 界面上氧浓度的变化对ZnO压敏电阻器件性能影响
5．5 低氧分压退火器件稳定性研究
5．5．1 烧结降温速度与漏电流关系
5．5．2 退火过程氧缺陷的扩散和化学反应研究
5．6 本章小结
第六章 结论与展望
6．1 结论
6．2 本论文创新之处
6．3 展望
参考文献
发表文章
致谢
个人简历
发布时间: 2005-09-23
参考文献
- [1].静电放电及其防护器件研究[D]. 鄢永明.湖南大学2016
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