三氧化鎢陶瓷的壓敏特性
壓敏電阻因具有良好的非線性伏安特性(壓敏特性),其電阻隨電壓的增加而急劇減小,在滅電火花、過電壓保護、製備避雷針和電壓穩定化等方面有著重要的應用。ZnO是最為常見的壓敏電阻材料,主要應用於航空、航太、郵電、鐵路、汽車和家用電器等領域。隨著積體電路的快速發展,各種電子元器件的驅動電壓及耐壓值逐漸下降,由於ZnO陶瓷壓敏電壓較高和介電常數較低,限制了其在低壓微電子領域的應用。近年來,低壓壓敏電阻材料的發展受到了廣泛關注。1994年Makarov等首先報導了WO3陶瓷的非線性(壓敏行為),並指出由於WO3陶瓷具有非常低的壓敏電壓,可作為低壓微電子領域的壓敏材料使用。但在早期的研究中並沒有對WO3陶瓷的壓敏行為起源和機理等問題做出進一步研究和報導。
研究表明,WO3陶瓷的壓敏特性與傳統的ZnO和SnO2壓敏陶瓷材料有所不同,傳統的Schottky勢壘模型已經不能很好地解釋WO3陶瓷的壓敏行為,需要對傳統的晶界Schottky勢壘模型進行修正。鑒於此,實驗製備了WO3陶瓷,對其壓敏特性以及機理進行了研究,並提出了修正的WO3陶瓷晶界Schottky勢壘模型。
無摻雜元素燒結的WO3陶瓷具有明顯的壓敏特性,AES能譜顯示陶瓷晶粒表面呈現過量的氧元素。對陶瓷樣品的淬火和氣氛處理結果表明,晶粒表面過量的氧元素是陶瓷冷卻過程中氧吸附作用的結果。晶粒表面吸附的氧和W離子的作用下,與晶粒內部提供的電子結合在晶粒表面形成O–和O2–形式的介面態,進一步在晶界形成Schottky勢壘,是WO3陶瓷壓敏行為的起源。由此根據傳統的壓敏陶瓷晶界Schottky勢壘模型,提出了修正後的WO3陶瓷晶界勢壘模型。