Лекция 11 (Лекции 1-16, без 15й)

Лекция №11.

Поверхностно-барьерные варисторы.

Наряду с МОВ объемного типа разработаны поверхностно-барьерные варисторы. Рабочие напряжения от долей вольта до нескольких вольт. Для изготовления таких варисторов применяют низкоомную керамику или титанат бария. Схематическое изображение ПБВ

рис. 1.

На поверхности керамического образца вжигают электрод и серебросодержащей пасты, в которую введены добавки некоторых оксидов ( ). ВАХ переходного слоя керамика-электрод обладает высокой нелинейностью. Поскольку образуется фактически моноконтактный переходный слой с единичным переходным барьером, то номинальная мощность невысока. Коэффициент «бета» весьма высокий. Так, поверхностно-барьерный варистор из керамики ZnO, содержащий около 5% оксидов берилия и никеля, на которую нанесен серебросодержащий электрод с добавкой 10% боросиликатного стекла, имеет 13-18. Еще более высокие (более 30) имеют ПБВ из титаната бария. В отличие от МОВ объемного типа в ПБВ рабочим переходом служит асимметричный потенциальный барьер керамика-электрод. Следовательно, физические процессы, приводящие к нелинейности ВАХ в объемных и в ПБВ неидентичны. Для изготовления ПБВ на малые напряжения (доли вольт) и с высоким применяют обычно полупроводниковый титатнат бария. При изготовлении ПБВ предусматривают синтез титаната бария, введение добавок для улучшения спекания и других добавок, обжиг. После обжига при 1300-1400 градусов Цельсия керамика на основе титаната бария характеризуется размеором зерен от 15 до 70 мкм и удельное сопротивление менее 10 .Обжиг осуществляется в безкислородной среде, например, в азоте. Поэтому, полученный материал не будет обладать позисторным эффектом. На поверхности керамического образца наносят на одну сторону неомический, на другую омический электроды. Неомический электрод представляет собой смесь металлического серебра с некоторыми оксидами (75% - серебро, 25% - смесь оксидов свинца и висмута). Неомический электрод наносится сжиганием пасты при в окислительной атмосфере, содержащей от 2 до 100% кислорода. На противоположную поверхность наносят омический электрод напылением или распылением.

[1].

Установлено, что неомические свойства, имеющие место на границе между полупроводоником бла-бла-бла. При общем содержании оксидной добавки в материале электрода 20% оптимальные свойсва ПБВ (максимальная постоянная q) достигаются в интервале отношения к от 0.75 до 1.25. Оптимальное содержание оксидной добавки составляет от 10% до 25%. Разбавление неомического электрода оксидами применяется для регулирования варисторного напряжения. С ростом содержания оксидной добавки варисторное напряжение возрастает. Для создания неомического переходного слоя смесь порошков серебра, оксида свинца, оксида висмута дисперсностью от 0.05 мкм до 2 мкм на органическом связующем сжигают в окислительной среде. Сжигание в бескислородной среде не приводит к нелинейной ВАХ. Нелинейные свойства не возникают и в том случае, если перед сжиганием осуществляется предварительная металлизация серебром в вакууме. Поскольку влияние кислорода на свойства титаната бария не значительно, то считается, что возникновение неомического слоя вызывается окислением серебра. Структурными исследованиями установлено, что на границе между керамикой и серебряным электродом образуется пленка окиси серебра. Одно из предположений заключается в том, что в следствие разного знака носителей заряда в полупроводниковом и бла-бла-бла. Один из способов создания нелинейных элементов с низким Uкласс и с симметричной ВАХ является непосредственное легирование поверхности ZnO.

Рис. 2.

Необходимые добавки оксидов висмута, свинца и кремния вводят в материал серебросодержащего электрода. При вжигании электрод служит источником легирующих элементов, диффундирующих в полупроводник и образующих монобарьерный переходный слой. Если оба электрода расположены на общей поверхности, то структура идентичная встречному включению двух диодов и обладает симметричной ВАХ с =15 при Uкласс меньше 20В. В том случае, если обжиг проведен в неокислительной среде, то нелинейность ВАХ отсутствует. При диффузионном способе легирования летучесть висмута сказывается гораздо сильнее, чем при обжиге объемного МОВ, в котором висмут в процессе обжига более устойчив, т. к. может связываться, образуя промежуточные химические соединения. Поэтому, в монобарьерных диффузионных варисторах оптимальная температура обжига должна быть близка к точке плавления оксида висмута (около ).