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BaSnO_3半导体陶瓷的制备及其电性能研究

作　者: 王正宇
导　师: 周方桥
学　校: 广州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: BaSnO3陶瓷 制备技术 电性能 晶粒半导化 晶界势垒
分类号: O482
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


本学位论文是关于BaSnO3半导体陶瓷材料的制备技术及电性能方面的研究。首先,通过对传统的固相烧结法制备工艺进行改进和优化,包括引入合适配比的助烧剂,增大生坯成型的锻压力,合理控制烧结温度和时间等,用BaCO3和SnO2作为制备BaSnO3陶瓷的主成份,在1450℃下制得了性能良好的BaSnO3半导体陶瓷,解决了长期困扰研究者的BaSnO3陶瓷成瓷困难的问题。微结构测试表明,材料结构致密,相对密度大于理论值的97%,晶粒生长良好,晶粒尺寸在4～10μm,平均粒径约为8μm,晶界结构清晰,未见明显的第二相存在。详细考察了Na2CO3、Li2CO3和Mn（NO3）2作为受主掺杂对N型半导化BaSnO3陶瓷晶界电性能的影响。实验发现,单纯的Na2CO3或Li2CO3掺杂都不能有效提高BaSnO3半导瓷的晶界势垒,而它们与Mn（NO3）2复合掺杂可有效增强陶瓷的晶界效应。随Mn（NO3）2掺杂量的增加,陶瓷晶界势垒有增大的趋势,但浓度过大时,会严重影响晶粒的导电性能。合适的配比掺杂可以使BaSnO3半导瓷的晶界势垒达0.5eV,材料电阻率为3.3×106Ω·cm,晶粒电阻率在4.3Ω·cm,表观介电系数εr=1.9×104（1KHz）,1KHz到6MHz之间的损耗小于0.4,初步解决了BaSnO3半导瓷晶界势垒难以做高的问题。微量掺杂Sb2O3助烧作用显著,会明显提高材料的致密度,降低材料成瓷温度,增大其掺量,可以使材料在1350℃基本成瓷。但Sb2O3掺杂量的增加会补偿偏析于晶界的受主,导致陶瓷的晶界势垒减小。烧结温度对BaSnO3半导瓷的性能起着至关重要的作用,随温度的降低,陶瓷的成瓷效果逐渐变差,电性能迅速恶化。研究显示,在1450℃下烧结,可以获得晶相单一,结构良好的样品,材料电性能也相应较好。对样品进行二次大气中的热处理实验,结果显示该工艺会降低BaSnO3半导瓷的晶界势垒,原因是晶粒内部的氧空位向晶界扩散。对作为高价施主掺杂的Ta2O5的引入对BaSnO3陶瓷晶粒半导化的作用不显著。本研究认为在BaSnO3半导瓷中,晶粒因含有大量氧空位而呈N型半导化,受主杂质偏析于晶界提供受主界面态,从而提出了双肖特基势垒热电子发射的

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-14
第一章 绪论  14-17
  1.1 半导体陶瓷的开发研究现状  14-15
  1.2 BaSnO_3 陶瓷的开发研究现状及前景  15
  1.3 本论文选题的目的和意义  15-16
  1.4 本论文研究的主要内容  16-17
第二章 N 型半导化BaSnO_3陶瓷的制备技术研究  17-22
  2.1 制备N 型半导化BaSnO_3 陶瓷所用的原材料介绍  17
  2.2 制备N 型半导化BaSnO_3 陶瓷的工艺技术  17-20
  2.3 材料制备的结果及分析  20-22
第三章 半导化BaSnO_3陶瓷晶界电性能的研究  22-34
  3.1 引言  22
  3.2 半导体陶瓷晶界和晶粒电阻估算方法以及电测试仪器介绍  22-24
  3.3 受主Li_2CO_3 和Na_2CO_3 掺杂的研究  24-25
    3.3.1 Li_2CO_3 掺杂的研究  24
    3.3.2 Na_2CO_3 掺杂的研究  24-25
  3.4 Mn(NO_3)_2和Na_2CO_3 或Li_2CO_3 复合掺杂的研究  25-33
    3.4.1 Na_2CO_3与Mn(NO_3)_2复合掺杂对电性能的影响  25-29
    3.4.2 Li_2CO_3与Mn(NO_3)_2复合掺杂对电性能的影响  29-32
    3.4.3 Na_2CO_3 与Mn(NO_3)_2，Li_2CO_3 与Mn(NO_3)_2 两种复合掺杂对材料电性能影响的对比与分析  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章 烧结工艺、助烧剂和施主掺杂的研究  34-48
  4.1 引言  34
  4.2 不同烧结温度及保温时间对材料性能影响的研究  34-39
    4.2.1 实验方法  34-35
    4.2.2 对材料成瓷效果影响的研究  35-36
    4.2.3 对材料电性能影响的研究  36-39
  4.3 助烧剂Sb_2O_3 掺杂对材料性能影响的研究  39-44
    4.3.1 Sb_2O_3 掺杂对BaSnO_3 陶瓷电性能的影响  39-42
    4.3.2 Sb_2O_3 掺杂对BaSnO_3 陶瓷的助烧作用的研究  42-44
  4.4 二次热处理对材料电性能影响的研究  44-45
    4.4.1 实验方法  44
    4.4.2 电性能测试结果及分析  44-45
  4.5 施主Ta_2O_5 掺杂的研究  45-47
  4.6 本章小结  47-48
第五章 材料导电机理的研究  48-59
  5.1 BaSnO_3 导电机理研究历史的简单回顾  48-49
  5.2 半导化BaSnO_3 陶瓷导电机理的分析与讨论  49-55
    5.2.1 晶粒的半导化机制  49-50
    5.2.2 晶界势垒的形成  50-51
    5.2.3 导电模型的建立  51-53
    5.2.4 对导电模型的讨论及相关实验结果的分析  53-55
  5.3 半导化BaSnO_3陶瓷NTC 特性的研究  55-58
    5.3.1 实验结果的分析与讨论  55-58
  5.4 本章小结  58-59
第六章 结论及对后续工作的建议  59-61
  6.1 主要结论  59-60
  6.2 对后续工作的展望和建议  60-61
参考文献  61-65
攻读硕士期间发表的论文  65-66
致谢  66

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 固体性质
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