Резистивный материал

 

Использование: в микроэлектронной аппаратуре с малыми значениями токов и напряжений, где требуются переключения в течение небольших промежутков времени при 10 - 150^oС. Это обеспечивается за счет добавления к халькогениду серебра селенида германия и селенида мышьяка и использования в качестве халькогенида серебра селенида серебра согласно эмпирической формуле (Ag₂Se)_x(GeSe)_2(1-x)(AS₂Se₃)_x, где 0,1≅x≅0,5. Материал обеспечивает интервал рабочих температур, уменьшение времени релаксации электросопротивления до 11 - 60 с, повышение величины электросопротивления до 10³ - 10⁵ Oм·м. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к радио- и микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении электронных устройств, элементов электронных схем с функциональной зависимостью электросопротивления от времени, работающих в области температур от 10 до 150^oC.

Известен резистивный материал, содержащий сульфид меди и сульфид тяжелого металла (1).

Недостаток этого материала состоит в том, что электронная составляющая электропроводности высока, что не позволяет использовать данный материал в качестве резистивного материала с функциональной зависимостью электросопротивления от времени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является резистивный материал с функциональной зависимостью электросопротивления от времени, содержащий сульфид серебра и сульфид меди [2] Использование данного материала в качестве резистивного ограничено малыми значениями электросопротивления (порядка 10^-2 Ом·м), зависящего от времени, а также рабочим диапазоном температур (400 550^oС). Малое электросопротивление не позволяет использовать этот материал в микроэлектронной аппаратуре с малыми значениями токов и напряжений, где требуются большие значения электросопротивления (10⁴ 10⁶ Ом·м), функционально зависящего от времени. Высокие значения рабочих температур (Т≥400^oС) не позволяют использовать данный материал при комнатных температурах.

Задача изобретения состоит в создании резистивного материала с функциональной зависимостью сопротивления от времени с малым временем релаксации и большим сопротивлением для использования в микроэлектронной аппаратуре с малыми значениями токов и напряжений (резисторы с сопротивлением, зависящим от времени, переключатели и т. д.), где требуются переключения в течение небольших промежутков времени при 10 150^oС.

Изобретение обеспечивает следующий технический результат: увеличение электросопротивления на 6 7 порядков по сравнению с прототипом и снижение значений рабочих температур (до 10 154^oС).

Указанный результат достигается тем, что резистивный материал, содержащий халькогенид серебра, согласно изобретению, содержит селенид серебра, селенид германия и селенид мышьяка и отвечает общей формуле (Ag₂Se)_x(GeSe)_2(1-x)(As₂Se₃)_x, где 0,1≅x≅0,5. При этом при значениях х, меньших 0,1, сопротивление резистивного материала не зависит от времени. При значениях х > 0,5, получаемые образцы неоднородны по составу, содержат макроскопические включения Ag₂Se, Ag₇AsSe₆ и AsSe и не обнаруживают временной зависимости электросопротивления.

Предлагаемый резистивный материал получают из исходных компонентов, взятых в виде чистых элементов (серебро, германий, мышьяк, селен) в количествах, соответствующих приведенной выше общей формуле, спеканием при определенной температуре.

Пример. х 0,1. Металлическое серебро (осч) в количестве 0,5394 г, металлический германий (осч) в количестве 3,2666 г, металлический мышьяк (осч) в количестве 0,3746 г, селен элементарный (осч) в количестве 4,3428 г спекаются в атмосфере инертных газов при специально подобранных температурах. Готовый продукт отвечает общей формуле (Ag₂Se)_x(GeSe)_2(1-x)(As₂Se₃)_x с x 0,1 и представляет собой однородный слиток светло-серого цвета с металлическим блеском.

Аналогично получали образцы резистивного материала, составы исходных шихт и конечного продукта которых приведены в табл. 1.

Для измерения электрических характеристик резистивного материала из полученных слитков вырезали образцы в форме прямоугольного параллелепипеда. Поляризационные зависимости электросопротивления от времени измеряли двухэлектродным методом при приложении к образцу постоянной разности потенциалов.

На чертеже изображены кривые зависимости удельного электрического сопротивления от времени при 27^oС. Зависимость 1 относится к составу с х 0,1, зависимость 2 к составу с х 0,2, зависимость 3 к составу с х 0,3, зависимости 4 и 5 к составам с х 0,5. Нулевой момент времени (t 0) соответствует включению постоянного напряжения, прикладываемого к образцу. Процесс плавного увеличения электросопротивления со временем обусловлен постепенным подавлением ионной составляющей проводимости за счет явления поляризации. При этом подвижные ионы серебра концентрируются вблизи отрицательно заряженного электрода, создавая градиент концентрации по образцу. Наличие градиента концентрации положительно заряженных ионов серебра приводит к возникновению диффузионного потока ионов, направленного в противоположную по отношению к дрейфовому потоку ионов сторону. В стационарном состоянии дрейфовый и диффузионный потоки ионов компенсируют друг друга, и через образец течет только электронный ток. Следовательно, электропроводность образца уменьшается от величины σ_Σ= σ_i+σ_e в нулевой момент времени до величины σ_e в установившемся поляризованном состоянии. Прикладываемая к образцу разность потенциалов выбирается меньше той величины, при которой начинается электролиз материала.

Из приведенных на чертеже поляризационных зависимостей рассчитывали время релаксации удельного электросопротивления τ, принимая за его величину промежуток времени от нулевого момента t 0 до момента времени, когда электросопротивление достигает 90 от величины установившегося при достаточно больших временах электросопротивления. Измерение суммарной электропроводности s_i+σ_e, соответствующей электропроводности образца в момент времени t 0, осуществляли с помощью моста переменного тока при частоте 1,592 кГц с использованием графитовых электродов. Результаты измерения электронной и ионной составляющих проводимости при 27^oС, а также значения времени релаксации электосопротивления для составов с различными значениями х приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, материалы, составы которых соответствуют значениям х, превосходящим 0,5, характеризуются невоспроизводящимися от образца к образцу электрическими свойствами и не могут быть использованы в качестве резистивного материала, вследствие выделения в слитках макроскопических включений Ag₂Se, Ag₇AsSe₆ и AsSe. При уменьшении х ниже 0,1 величина электронной составляющей проводимости σ_i значительно превосходит величину ионной составляющей. Это приводит к тому, что поляризационный эффект оказывается выраженным очень слабо, а времена релаксации и относительное увеличение электросопротивления со временем в процессе поляризации значительно уменьшаются. Следовательно, оптимальные значения х в общей формуле резистивного материала лежат в области 0,1≅x≅0,5.

Результаты исследования доли электронной компоненты проводимости, времени релаксации, электросопротивления и области рабочих температур в заявляемом материале и в материале, являющимся прототипом, представлены в табл. 2.

Из табл. 2 следует, что величина электросопротивления соединений (Ag₂Se)_x(GeSe)_2(1-x)(As₂Se₃)_x значительно превышает величину электросопротивления материалов, являющихся прототипом (сопротивление выше на 6 7 порядков), рабочий интервал температур в заявляемых материалах (10 150^oС) смещается в область более низких температур, что позволяет использовать их и при комнатных температурах. Время релаксации в заявляемых соединениях меньше времени релаксации в соединениях прототипа. Такое изменение интервала рабочих температур, уменьшение времени релаксации электросопротивления и увеличение его значения позволяет применять заявляемые материалы в качестве резисторов в микроэлектронной аппаратуре с малыми значениями токов и напряжений, где требуются функциональная зависимость сопротивления от времени, большие сопротивления и малые времена релаксации сопротивления при 10 150^oC.

Формула изобретения

Резистивный материал, содержащий халькогенид серебра, отличающийся тем, что он дополнительно содержит селенид германия и селенид мышьяка, а в качестве халькогенида серебра селенид серебра согласно эмпирической формуле (Ag₂Se)_x (GeSe)_2(1-x) (As₂Se₃)_x где 0,1 ≅x≅ 0,5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2