三氧化钨陶瓷非线性伏安特性

压敏电阻因具有优异的电学非线性特性,其电阻随电压的增加而急剧减小,广泛应用于各种电子线路中的稳压和保护器件。ZnO 是最为常见的压敏电阻材料主要应用于航空、航天、邮电、铁路、汽车和家用电器等领域。但随着集成电路的快速发展,各种电子元器件的驱动电压及耐压值逐渐下降,由于ZnO 陶瓷压敏较高和介电常数较低,限制了其在低压微电子领域的应用。因此近些年来,低压压敏电阻材料,如TiO2、SrTiO3和WO3的研究受到了广泛的关注。1994 年Makarov 和Trontelj 首先报道了WO3 陶瓷中的非线性行为;王豫等人研究显示,WO3 陶瓷材料具有极低的压敏电压和良好的介电特性,因此是理想的低压压敏电阻材料。

随着对WO3陶瓷的非线性为研究的深入,发现WO3的非线性特征和其机理与传统的ZnO和SnO2陶瓷压敏材料均有并不明显的不同。王豫等认为,传统的肖特基势垒模型,不能完全解释WO3非线性电学行为,需要对势垒模型进行修正;研究还显示WO3的非线性特性可能起源于本征的表面态并且与其复杂相结构特征有一定的关系。本文研究了WO3陶瓷经高温淬火和淬火后经不同气氛热处理后陶瓷样品的非线性行为,着重分析了不同气氛下热处理对WO3陶瓷非线性特性和晶界电阻的影响。

正常烧结的WO3陶瓷,能够表现出明显的非线性特征,高温淬火的样品无非线性行为;淬火后的陶瓷样品在富氧条件下热处理后,又得到了恢复。阻抗谱分析显示,具有非线性的陶瓷样品均存在晶界高阻层,而无非线性行为的样品不存在晶界高阻层。普遍认为,晶界高阻层是陶瓷冷却过程中在晶粒内外发生的非平衡缺陷的产生和迁移,继而在氧吸附的作用下在晶粒表面形成的高电阻率层。由于这种晶粒内外巨大的电阻差异的结果特征,在晶界中形成了电子势垒。这是WO3陶瓷的非线性特性起源。

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