半導(dǎo)體物理課設(shè)片式ptc

1、片式 PTC背景：PTC 熱敏電阻材料，有其獨(dú)特的電阻-溫度特性，可用來(lái)制造各種自動(dòng)恒溫發(fā)熱體，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，過(guò)流及過(guò)熱保護(hù)元件和旁熱信息感應(yīng)的溫度傳感器。為適應(yīng)電子元件小型化、片式化、表面貼裝化的發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)始了片式疊層化的 PTC 熱敏電阻的研究，即片式 PTC。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，PTC 熱敏電阻已成為鐵電陶瓷中繼陶瓷電容器和壓電陶瓷之后的第三大類(lèi)應(yīng)用產(chǎn)品，被日益廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，其社會(huì)需求量也越來(lái)越大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)PTCR 性能的要求越來(lái)越高。PTCR 元件對(duì)溫度尤其敏感，溫度的略微差異都可能導(dǎo)致其性能參數(shù)的改變，這使得在 PTCR 的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)爐溫分布的要

2、求特別高，受實(shí)際條件的限制，目前還不能生產(chǎn)出爐溫分布非常均勻一致的燒結(jié)爐，這給生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)了許多，燒成產(chǎn)品的不高、性能不穩(wěn)定、組織分散性較大、消耗大、成本高、收益少。工藝研究高分子 PTC 的加工工藝主要有混煉、成型、熱處理與交聯(lián)。混煉的研究，主要集中在其時(shí)間與溫度等工藝參數(shù)的選擇上。成型，目前主要采用模壓。不同的成型方試材料有不同的導(dǎo)電性。一般來(lái)說(shuō)，模壓擠出注射吹膜流延。熱處理都是在稍低于聚合物的熔融溫度下進(jìn)行。若溫度超過(guò)基本的，就會(huì)使電阻率急劇下降，出現(xiàn) NTC現(xiàn)象。因此，常用交聯(lián)處理，以消除 NTC 現(xiàn)象，提高 PTC 效應(yīng)及穩(wěn)定聯(lián)可分為化學(xué)交聯(lián)和輻射交聯(lián)。由于化學(xué)交聯(lián)所產(chǎn)生的交聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)

3、導(dǎo)電粒子的不完全，且其凝膠含量無(wú)法積累，所以較少應(yīng)用。對(duì)于輻射交聯(lián)，效果較好，但輻射源使用有限制，提出一條新路徑，就是在聚合物中加入絕緣氧化物，如Al2O3、SiO2等來(lái)三相結(jié)構(gòu)，即：聚合物-導(dǎo)電粒子-絕緣相。第三相的加入，不僅能消除NTC 現(xiàn)象，還能使復(fù)合材料在高于的溫度下，仍然具有很高的阻值與機(jī)械強(qiáng)度。由于混煉和交聯(lián)是影響高分子 PTC 性能的兩道關(guān)鍵工序，所以近年來(lái)，工藝與設(shè)備的研究、改進(jìn)，也主要集中于此。配方的改進(jìn)是 120C,而現(xiàn)在市場(chǎng)上超過(guò) 120C 的BaTi（BT）的3PTCR 幾乎全部是通過(guò)加鉛來(lái)實(shí)現(xiàn)的，鉛會(huì)危害人們的身體健康，污染環(huán)境。所以，人們一直試圖研究出環(huán)保型無(wú)鉛高的

4、 PTC 材料。在這一領(lǐng)域中，（Bi0.5，Na0.5）TiO3(簡(jiǎn)稱(chēng) BNT)和（Bi0.5，K0.5）TiO3（簡(jiǎn)提高到 175。C 左右，當(dāng)其添加量大于 0.8%稱(chēng) BKT）。BNT 可將（摩爾分?jǐn)?shù)）時(shí)，瓷絕緣化。添加少量的 BNT、BKT，PTC 材料的點(diǎn)將提高幾十度，但同時(shí)室溫電阻也快速增大，能出有實(shí)用價(jià)值的無(wú)鉛高溫 PTC 材料。PTC 熱敏電阻利用半導(dǎo)瓷的晶界特性，其 PTC 效應(yīng)是一種晶界效應(yīng)，元件性能與兩極間所有晶界的數(shù)目直接相關(guān)，這使得所的片式 PTCR 不能太薄（其厚度一般為 200500um），一般采用厚膜成型方法如注凝成型、注漿成型或軋膜成型等來(lái)。在片式 PTCR 的

5、制備過(guò)程中，獲得結(jié)構(gòu)均勻、無(wú)缺陷并具有良好韌性的素坯是關(guān)鍵，因此研究成型工藝對(duì)素坯和瓷片顯微結(jié)構(gòu)的影響是很有必要的。注凝成型：利用有機(jī)單體的水溶液為介質(zhì)，加入分散劑相含量、低粘度的陶瓷漿料，在劑和催化劑的作用下，有機(jī)單體交聯(lián)聚三維網(wǎng)絡(luò)狀凝膠，使?jié){料中的陶瓷粉體原位成型。注漿成型：以水為介質(zhì)，在陶瓷粉體中加入分散劑、粘合劑及增塑劑相含量的陶瓷漿料，再將其注入具有滲透性的多孔石膏磨具中，使懸浮的漿料吸附于模具內(nèi)壁，形成具有一定厚度和強(qiáng)度的素坯。BaTiO3 基陶瓷粉體的實(shí)驗(yàn)所用陶瓷粉料為 BaTiO3基 PTCR 陶瓷粉料，其組成為（Ba0.80Sr0.1995Y0.005）Ti1.01O3+2.

6、0mol%SiO2+0.08mol%Mn（NO3）2，它是 BaCO3、SrCO3、TiO2、Y2O3 和 SiO2 的預(yù)與Mn（NO3）2 混合而成的。其制備過(guò)程是：將上述氧化物按配比稱(chēng)重后，用常規(guī)陶瓷工藝驚醒球磨混料，混合料干燥后，經(jīng)過(guò)預(yù)燒、球磨、干燥、過(guò)篩等工序得到 BaTiO3基陶瓷粉體。燒結(jié)溫度在生坯已燒結(jié)成瓷的情況下，燒結(jié)溫度越高，晶粒結(jié)晶越小，電阻率會(huì)增大。燒結(jié)曲線的確定：保溫時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)電阻率的影響較大，一般要求保溫時(shí)間大于一小時(shí)，但保溫一小時(shí)后的電阻率較大。保溫時(shí)間縮短，PTC 性能會(huì)下降。不同升溫速度對(duì) PTC 熱敏電阻性能有著重要影響。降溫過(guò)程也對(duì) PTC 性能有重要影響，據(jù)介紹，快速降溫至 1200。C 左右保溫一定時(shí)間后