三氧化钨陶瓷的压敏特性

压敏电阻因具有良好的非线性伏安特性(压敏特性),其电阻随电压的增加而急剧减小,在灭电火花、过电压保护、制备避雷针和电压稳定化等方面有着重要的应用。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。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陶瓷压敏电压较高和介电常数较低,限制了其在低压微电子领域的应用。近年来,低压压敏电阻材料的发展受到了广泛关注。1994年Makarov等首先报道了WO3陶瓷的非线性(压敏行为),并指出由于WO3陶瓷具有非常低的压敏电压,可作为低压微电子领域的压敏材料使用。但在早期的研究中并没有对WO3陶瓷的压敏行为起源和机理等问题做出进一步研究和报道。

研究表明,WO3陶瓷的压敏特性与传统的ZnO和SnO2压敏陶瓷材料有所不同,传统的Schottky势垒模型已经不能很好地解释WO3陶瓷的压敏行为,需要对传统的晶界Schottky势垒模型进行修正。鉴于此,实验制备了WO3陶瓷,对其压敏特性以及机理进行了研究,并提出了修正的WO3陶瓷晶界Schottky势垒模型。

无掺杂元素烧结的WO3陶瓷具有明显的压敏特性,AES能谱显示陶瓷晶粒表面呈现过量的氧元素。对陶瓷样品的淬火和气氛处理结果表明,晶粒表面过量的氧元素是陶瓷冷却过程中氧吸附作用的结果。晶粒表面吸附的氧和W离子的作用下,与晶粒内部提供的电子结合在晶粒表面形成O–和O2–形式的界面态,进一步在晶界形成Schottky势垒,是WO3陶瓷压敏行为的起源。由此根据传统的压敏陶瓷晶界Schottky势垒模型,提出了修正后的WO3陶瓷晶界势垒模型。

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