氧化鐠基陶瓷的微觀結構及其非線性電學特性研究.pdf

1、Pr6O11壓敏陶瓷是一類新型的壓敏電阻材料，是我們課題組最早發(fā)現(xiàn)的。與傳統(tǒng)的ZnO壓敏電阻材料相比，純Pr6O11陶瓷具有非線性電學行為，而且微觀結構簡單。根據(jù)課題組的大量研究發(fā)現(xiàn)Pr6O11陶瓷的壓敏性能穩(wěn)定性高，抗老化能力強;純Pr6O11壓敏陶瓷的微觀結構簡單，由單相構成，便于探究壓敏特性的機理。課題組的實驗結果表明氧化鐠壓敏陶瓷的燒結性能差和非線性系數(shù)低，這些缺陷將限制它在微電子集成電路中保護領域的應用。本文結合課題組以前的研

2、究，采用Sb、Al、Dy、Y和Er元素氧化物摻雜，研究這些三價氧化物摻雜對Pr6O11陶瓷微觀結構、燒結性能和壓敏特性的影響。
　　 實驗結果表明Sb2O3摻雜明顯地改變了Pr6O11陶瓷微觀結構、燒結性能和壓敏特性。Sb摻雜促進了氧化鐠陶瓷的晶粒生長和致密化，提高了Pr6O11陶瓷的燒結性能。SEM和XRD實驗結果表明了Sb原子在Pr6O11晶格中發(fā)生了缺陷反應，形成了更多的氧空位。氧空位減小了物質傳輸?shù)恼系K，提高了物質的擴散

3、系數(shù)，從而促進了氧化鐠陶瓷晶粒生長和致密化。摻雜濃度1.0mol％的樣品具有最大的晶粒尺寸，達到了16.4μm;摻雜濃度為2.0mol％的樣品得到了高致密的氧化鐠陶瓷。改變燒結溫度和燒結時間影響了Pr6O11陶瓷微觀結構。Pr6O11陶瓷的平均晶粒尺寸和相對密度隨著燒結溫度升高，先增加然后減小。燒結時間促進了氧化鐠陶瓷晶粒生長和致密化。在燒結降溫階段，Pr6O11陶瓷的晶界被氧吸附，吸附氧易于氧化鐠晶格中自由電子結合，在晶界形成肖特基勢

4、壘，產生非線性電學行為。微量Sb摻雜促進了氧空位的形成，提高了氧空位濃度，促進了晶界氧吸附，提高了Pr6O11陶瓷壓敏特性。增加燒結時間提高了氧化鐠陶瓷的非線性指數(shù)，降低了漏電流。
　　 燒結溫度對Al摻雜的Pr6O11陶瓷的微觀結構和致密度產生了重大的影響。在1150℃燒結的氧化鐠陶瓷樣品，Al2O3摻雜濃度明顯地改變了Pr6O11陶瓷的微觀結構和相對密度。Al元素在1150℃燒結時促進了氧空位形成，氧化鐠晶格中丟失氧原子，造

5、成了晶格畸變，改變了氧化鐠晶面間距，導致了Pr6O11的XRD衍射峰位置左移。形成的氧空位促進了物質的傳輸，促進了陶瓷晶粒生長和致密化。增加的氧空位為氧吸附提高位置，增加了晶界勢壘高度，提高了氧化鐠陶瓷的非線性系數(shù)。在1150℃燒結時，Al摻雜明顯地提高了陶瓷的非線性系數(shù)，降低了漏電流，摻雜濃度為2.0mol％的樣品的非線性系數(shù)達到了107.6。
　　 三價稀土Dy，Y和Er氧化物摻雜能夠改善Pr6O11陶瓷的壓敏特性。微量Dy