Pr掺杂和Pr—Y共掺杂Zn—Bi系压敏电阻性能的研究.pdfVIP

助 曹于 料 2013年增刊1I(44)卷 文章编号：1001—9731(2013)增刊 (Ⅱ)一0316-05 Pr掺杂和 Pr—Y共掺杂 Zn—Bi系压敏电阻性能的研究 刘建科 ，王秀峰 ，陈永佳 (陕西科技大学 理学院，陕西 西安 710021) 摘 要： 主要研究了Pr掺杂对 Zn—Bi系压敏 电阻的 SiO。组成)的配方 中掺人 Pr。O 和 Y。O。，实验配方 性能的影响。当Pr。O 掺杂量为5．49 (质量分数)， 表如表 1所示 ，其中PrO、Prl、Pr2、Pr3分别代表不同 烧成温度为 l150℃时，压敏 电压达到 400V／mm；当 量的Pr掺杂 ，Y1代表 Y掺杂 ，Pr—Y代表 Pr、Y共掺 Pr。0 掺杂量为 3．37 (质量分数)，烧成温度为 1200 杂 。 C时，非线性 系数达到 48。研 究还发现 Pr—Y共掺 杂 原料经混合 、球磨 、造粒、陈腐之后进行压片 ，所选 能显著地提 高 Zn—Bi系压敏 电阻的压敏 电压，但会对 模具为 D10mm ×2mm，得到 的胚体分别在 1050、 体 系的非线性 系数和漏 电流产生不利影响。 1100、1150和 1200℃烧成温度下进行烧结 。烧成 的 关键词 ： 压敏电阻；掺杂；压敏 电压 ；非线性系数 ；漏 陶瓷样品首先用 XRD、SEM、EDS分析其物相组成 、微 电流 观形貌以及微区元素组成。样品被上 Al电极后 ，分别 中图分类号： TQ174 文献标识码 ：A 测试其非线性系数，压敏电压 以及漏 电流等 电性能参 DOI：10．3969／j．issn．1001—9731．2013．增刊 (Ⅱ)．032 数，最终确定出最佳的掺杂量和对应的烧成温度 。 表 1 实验配方表 1 引 言 Table1Formulacomposition 压敏电阻材料 ，顾名思义是指具有压敏效应 的电 原料 ( ，质量 分数)Pr0 Pr1 Pr2 Pr3 Y1 PrY1Pr_Y2 阻材料 ，即具有 IV非线性。制备出非线性系数大 、压 Zn—Bi系 1OO98．8596．6394．5l97．7495．33 97．00 敏电压高、能量密度大、漏 电流小以及电阻率稳定性好 P 6011 O 1．15 3．37 5．49 0 4．43 2．25 且结构致密、均匀的压敏 电阻材料 ，在现代 电力一电子 Y203 0 0 0 0 0．26 O．24 O．75 技术有重要的应用。 3 分析与讨论 Zn()作为当今应用最为广泛的压敏 电阻材料 ，主 要是 因为六方纤锌矿 的ZnO 中存在大量 的四面体和 3．1 Pr掺杂对 Zn—Bi系压敏 电阻-陛能的影响 八面体空隙，因此会存在很多晶体缺陷，很容易通过掺 3．1．1 对微观结构的影响 杂形成性能各异的固溶体复合材料u]。在 ZnO压敏 如图 1所示 ，是在 Zn—Bi系 中掺入 不 同含量 的 电阻材料 中，掺杂物质可以形成绝缘的晶界相，将 ZnO PrO 并在 1200 。C的烧成温度 下烧成 的样 品的 晶粒全部孤立起来，形成包覆结构[5]，其中晶粒是 n xRD图谱。 型的，晶界是中性的，由于电子的浓度差 以及热运动将 会使 晶粒和晶界的费米能级趋于相 同，进而形成 晶粒 表面处的 电子耗尽层 ，并在 晶界处形成双 肖特基 势 垒l7]。由此可见 Zn()材料的压敏特性是利用其晶粒 之间非欧姆接触而产生的[3]。