Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Между разновалентиыми ионами титана может происходить обмен электронами. При этом каждый ион титана становится то трех-, то четырехвалентным (рнс. 10.6). Этот процесс является причиной электропроводности полу- де аг ге проводникового титаната бария. Е Появление полупроводниковых свойств в ионных кристаллах под т: ° т; Згсэ ! 4 гЗ> влиянием примесей наблюдается также и для оксида никеля. Полупро- Ва Ва Ва водники, изготовляемые подобным методом, иногда называют полупро- Рнс. 10.6. схема, поясняющая водниками с управляемон валент- электропроводность полупроводникового тнтаната бария путем пастью.
обмена электронамн между со. Технология изготовления позиседннмн нонамн титана сторов аналогична технологии изготовления изделий из других керамических материалов. После смешивания исходных компонентов и веществ, содержащих примесные элементы, проводят первичный обжиг при температуре около 1000'С. Полученную твердую массу измельчают, а затем формуют заготовки (обычно в виде дисков различных размеров). Вторичный обжиг производят при температуре 1300...1400'С.
Таким образом, резистивиый слой позистора состоит из большого числа контактирующих между собой зерен илн кристаллнтов полупроводникового титаната бария. Сопротивление позистора определяется сопротивлением обедненных поверхностных слоев на зернах титаната бария. Высота поверхностных потенциальных барьеров оказывается малой при температурах ниже точки Кюри, когда в зернах титаната бария существует спонтанная поляризация и материал обладает очень большой диэлектрической проницаемостью.
При температурах, больших точки Кюри, титанат бария претерпевает;рв фазовое превращение из сегнетоэлектрического в параэлектрическое со- 100 стояние. При этом пропадает спонтанная поляризация, резко умень- йу4 шается диэлектрическая проницаемость, растет высота поверхностных !0з потенциальных барьеров на зернах титаната бария и увеличивается со- !аз противление позистора (рис. 10.7). Температурные характеристики !О познсторов связаны с точкой Кюри керамики. Точка Кюри титаната бария может быть смещена в сторону Рнс. 107.
Температурные харакннзких температур путем частичного тернстнкн некоторых поэнсторов: замещения бария стронцием И на- ств.зв! млтркховаа хрнаан лла оборот, точка Кюри может быть сме- стб-20 получена нрн нагреве его щена в сторону больших температур частичной заменой бария свинцом. Уменьшает точку Кюри и частичная замена титана цирконием, оловом или самарием.
Такое регулирование позволяет создавать познсторы, у которых положительный температурный коэффициент сопротивления наблюдается в разных диапазонах температур. Титанат бария, конечно, не единственный сегнетоэлектрический материал, пригодный для изготовления познсторов. Положительный температурный коэффициент сопротивления можно получить также при использовании материалов системы ВгТРЭэ с добавкой ниобия, системы Р)эТ!Оэ с добавкой лантана, системы РЬ!ь'!106 с добавкой вольфрама и др.
Лля совершенствования позисторов необходимы исследования материалов с точки 4!! Рис. 1О.З. Статическая ВАХ позисторп СТ5-! 412 зрения повторяемости свойств, надежности и увеличения срока службы, т. е. качеств, необходимых для внедрения в массовое производство. Иногда для создания позисторов используют моиокристаллнческие кремний, германий и другие полупроводниковые материалы.
Принцип действия таких позисторов основан иа уменьшении подвижности носителей заряда с увеличением температуры в результате увеличения их рассеяния иа тепловых колебаниях атомов кристаллической решетки. Так, позисторы, изготовленные из монокристаллического кремния с малой концентрацией при- месей (10'х...!0'т см з), могут иметь 7, лгл температурный коэффициент сопротивления (0,7...1) 10 ' К ' с положительным знаком в диапазоне температур от уй 20 до — !00'С. Одним из преимуществ монокристаллических позисторов перед поли- кристаллическими является возможр ? г цв ность изготовления их с относительно малым разбросом параметров и характеристик.
При использовании для изготовления моиокристаллических позисторов широко распространенной плаиариой технологии можно создавать монокристаллические позисторы с разбросом номинальных сопротивлений 1...2огг~. Однако из-за меньшей стоимости и из-за больших температурных коэффициентов сопротивления поликристаллические позисторы нашли более широкое применение. Свойства позисторов оцениваются характеристиками и параметрами, аналогичными характеристикам и параметрам термисторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.
Температурная характеристика. Зависимость сопротивления различных позисторов от температуры показана иа рис. 10.7. При относительно малых и больших температурах температурные характеристики позисторов соответствуют температурным зависимостям удельного сопротивления обычных ионных полупроводников, т. е. в этих диапазонах температур познсторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Существенным недостатком поликристаллических позисторов является неоднозначность температурных характеристик прн различных напряжениях, приложенных к позистору: увеличение напряжения снижает сопротивление н уменьшает изменение сопротивления при разогреве позистора (рис.
10.7). Температурный коэффициент сопротивления для позисторов оказывается не очень удобным параметром, так как его значение сильно зависит от температуры. Статическая волог-амперная характеристика повис?ори (рис. 10.8), так же как и ВАХ термистора, представляет собой зависимость напряжения иа позисторе от проходищего через него тока при условии теплового равновесия между теплотой, выделяемой в позисторе, и теплотой, отводимой от него. ?контрольные вопросы 1.
Квкне физические явления могут быть положены в основу создания термнсторов? 2 Прн квкнх условнях термистор обладает отрнцптельным диффереицнвльным сопротивлением? 3 Что хврвктернзует постоянная времени термнсторпз 4. Почему полупроводниковые болометры обычно состоят нз двух термиггорОв? и. Нв квкнх физических пвленнях может быть основан принцип действия позисторов? ГЛОВО Варисторы Ь 11.1. принцип деиствия вдристорсзв ИЗ НДРВИДД НРЕМНИЯ Варистор †- тто пои»прова»пиковый ретпстор, сопротивление которого тавнснт от приложенного напряжения. Варнсторы изготовляют методом керамической технологнн, т. е.
путем высокотемпературного обжига заготовок нз порошкообразного карбида кремния со связкой, в качестве которой обычно используют гляну. Конструктнвное оформление варнсторов может быть разлнчным в зависимости от назначення н необходимых параметров.
Чаще всего варнсторы имеют форму стержней нлн дисков с электродами на протнвоположных концах нлн поверхностях, к которым припаяны выводы для прнсоедннення к схеме. Нелннейность ВАХ варнсторов (рнс. !1.1) обусловлена явленнямн на точечных контактах между кристаллами карбида кремння. Прн малых напряжениях на варнсторе может пронсходить туннелнрованне электронов сквозь тонкие потенцнальные барьеры, существующие на поверхности кристаллов карбида кремння. 11рн больших напряженнях на варнсторе н соответственно прн больших токах, проходящих через него, плотность тока в точечных контактах оказывается очень большой.
Все напряженне, прнложенное к варнстору, падает на точечных контактах. Поэтому удельная мощность (мощность в единице объема), выделяющаяся в точечных контактах, достигает таких значеннй, которые нельзя не учитывать. Разогрев точечных контактов пРиводит к уменьшению нх сопротнвлення н к нелннейностн ВАХ. Сопротивление точечных контактов определяется сопротнвленнем растекания (см. $ 3.21), т.
е, сопротивлением малых актив- 414 у= у ехр ( — В/т). (!1.1). Рис. 11.1. ВАХ одного нз варнсторов Сопротивление растекания двух контактнрующнх кристаллов ]ем. (3.!03)] (! 1.2) — ехр —, 2 2 В »о» плт па где с( — диаметр точечного контакта;  — коэффнцнент темпера- турной чувствнтельностн поверхностных слоев кристаллов кар- бида кремння. Тогда статическое сопротивление варнстора„ состоящего нз а параллельно включенных цепочек, имеющих, в свою очередь, Ь последовательно включенных контактирующих кристаллов, 14 = — 11„,„= — ехр — .
Ь 2Ь В а "'" ипат Т (1! .3) Уравненне теплового баланса для активных областей вари- стора и ~К = Тт(р, = Н(т — т,), (!! .4) где Н вЂ” козффнцнент рассеяння активных областей; т — температура активных областей; то — температура среды, окружающей активные области. Из уравнения (11.4), учитывая (!!.3), можно получить уравнения ВАХ варнсторов в параметрической форме: о ехр —; аидт Т 415 ных областей полупроводника под точечными контактамн. Из-за малости активных областей нх разогрев практически не приводит к повышенню температуры всего варнстора.
Кроме того, малые объемы активных областей обеспечивают малую ннерцнонность тепловых процессов — разогрева н охлаждення этнх областей. Теоретические расчеты показывают, что тепловая постоянная временн актнвных областей может составлять 10 '... !О 'с. Считая разогрев активных областей под точечными контактамн одним нз основных процессов, приводящих к нелннейностн ВАХ в рабочем днапазоне напряжений н токов для варнстора, можно получить ряд важных зависимостей н характернстнк варнсторов. Температурная зависимость удельной проводимости полупроводннков соответствует уравнению Уравнения (11.5) и (1!.6) неудобны для расчета цепей с варисторами, так как содержат ряд величин (а, Ь, 41, Н), значения которых практически невозможно определить непосредственно. Однако с помощью этих уравнений можно выяснить некоторые требования, предъявляемые к исходному материалу для изготовления варисторов с заданными свойствами.
Кроме того, этн уравнения дают возможность установить связь между различными параметрами варисторов. й экз. хлрлктврэеатмнм Коэффициент нелинейности варисгора — это отношение статического !с и дифференциального г сопротивлений при заданном постоянном напряжении на варисторе: Р= — = — —. г гуж (11.7) ! е!у Из уравнений (11.5) н (11.6) найдем дифференциальное сопротивление варистора: уо l ! д ед уоо уоо хуоо тгло гк и! о! Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
