Способ получения полупроводникового керамического материала на основе титана бария, легированного ниобием

 

Использование: в электронной технике для изготовления терморезисторов с положительным коэффициентом сопротивления (ПТКС) - позисторов. Сущность изобретения: в способе производят мокрое смешивание сырьевых компонентов в количествах, соответствующих формульному составу твердого раствора, их предварительный обжиг, измельчение спека мокрым способом и введение раствора пентаметилата ниобия в метаноле из расчета получения твердого раствора вида BaTi_1-xNb_xO₃, где x-0,1 - 0,2 ат.%, и в процессе перемешивания добавляют раствор аммиака. 1 табл.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления терморезисторов с положительным коэффициентом сопротивления (ПТКС) позисторов.

Известен способ получения полупроводникового керамического материала для терморезисторов с ПТКС путем смешивания сырьевых компонентов, предварительного обжига, измельчения спека мокрым способом и введения легирующих добавок во время измельчения в виде оксидов редкоземельных элементов или ниобия, сурьмы, висмута, иттрия (см. Сб. Полупроводники на основе титаната бария (перевод с японского). М. Энергоиздат, 1982, с. 171-176).

Известен также способ получения полупроводникового керамического материала на основе титаната бария по патенту Японии N 55-16521, когда вместе с легирующей добавкой (или после нее) на стадии мокрого помола спека вводят дополнительно оксиды марганца и кремния.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является известный способ получения полупроводникового керамического материала для терморезисторов с ПТКС [1] По этому способу готовят смесь оксидов титана (TiO₂), ниобия (Nb₂O₅) и углекислого бария (ВаСО₃), взятых в соотношении соответственно составу твердого раствора BaTi_1-xNb_xO₃, где х 0,001-0,005 ат. путем мокрого размола и перемешивания в шаровой мельнице, затем проводят предварительный обжиг, мокрое измельчение полученного спека.

Однако позисторы в партии одного номинала, изготовленные из известного полупроводникового керамического материала, полученного известным способом, имеют большой разброс электрического сопротивления ρ₂₀o_C при комнатной температуре, в том числе из-за узкого интервала концентрации легирующего элемента, вызывающего переход титаната бария в полу- проводниковое состояние, невысокие значения максимального ПТКС α_Tmax и температурного скачка электрического сопротивления Δ lg ρ.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом способе производят мокрое смешивание сырьевых компонентов в количестве, соответствующем формульному составу твердого раствора, их предварительный обжиг, измельчение спека мокрым способом и введение раствора пентаметилата ниобия в метаноле из расчета получения твердого раствора вида BaTi_1-xNb_xO₃, где х 0,1-0,2 ат. и в процессе перемешивания добавляют раствор аммиака.

Способ осуществляют следующим образом. В качестве сыpьевых компонентов берут высушенные ВаСО₃ 70,8 мас. и TiO₂ 29,2 мас. Затем их смешивают мокрым способом в шаровой мельнице. После сушки шихту прокаливают на воздухе при температуре 1100-1150^оС в течение 3 ч, полученный спек вновь измельчают тем же способом, при этом вводят в него в качестве легирующей добавки раствор пентаметилата ниобия (Nb(KCH₃)₅ в метаноле, а затем, продолжая перемешивание, добавляют раствор аммиака (NH₄OH). При этом происходит процесс гидролиза и в суспензии шихты накапливается гидроокись ниобия (NbO(OH)₃), равномерно распределенная в перемешиваемом составе.

Были изготовлены несколько керамических полупроводниковых материалов состава BaTi_1-xNb_xO₃, в которых х изменяли от 0,025 до 0,3 ат. Из этих материалов прессовали заготовки для терморезисторов в виде дисков диаметром 10-12 мм и высотой 2-3 мм. Заготовки подвергали окончательному обжигу по известному режиму. Плоские поверхности образцов затем шлифовали и наносили на них медно-никелевые электроды методом испарения в вакууме. Изготовленные терморезисторы подвергали испытаниям по известной методике.

Полученные результаты сведены в таблицу, в которую для сравнения включены характеристики позисторов, изготовленных по способу-прототипу.

Как видно из таблицы, введение в титанат бария легирующей добавки ниобия в количествах от 0,1 до 0,2 ат. обеспечивает получение высоких значений температурного коэффициента сопротивления α_Tmax 34,5-40,3% При этом удельное электрическое сопротивление ρ₂₀o_C материала остается достаточно низким (2,4-3,8)˙10¹ Ом˙м, а скачок удельного электрического сопротивления Δ lg ρ повышается до 3,2-3,9, т.е. вдвое, по сравнению с прототипом. Введение ниобия в количествах меньше 0,1 ат. и больше 0,2 ат. приводит к резкому увеличению удельного электрического сопротивления ρ₂₀o_C и к исчезновению положительного температурного коэффициента сопротивления α_T, а также к уменьшению разброса величины номинального электрического сопротивления позисторов, что позволяет увеличить выход годных позисторов.

Формула изобретения

Способ получения полупроводникового керамического материала на основе титаната бария, легированного ниобием, включающий мокрое смешивание сырьевых компонентов в количествах, соответствующих стехиометрическому составу твердого раствора, их предварительный обжиг, измельчение спека мокрым способом и введение легирующей добавки, отличающийся тем, что в качестве легирующей добавки используют раствор пентаметилата ниобия в метаноле в количестве, соответствующем составу твердого раствора, отвечающего общей химической формуле BaTi_1-xNb_xO₃, где x 0,1 0,2 ат. и при последующем очередном перемешивании добавляют раствор аммиака.

РИСУНКИ

Рисунок 1