CaCO-,3-、Fe-,2-O-,3-和CuO摻雜對ZnO壓敏陶瓷電性能和微結構的影響.pdf

1、本文系統(tǒng)研究了CaCO3、Fe2O3和CuO摻雜對ZnO-Bi2O3-Sb2O3-CO2O3-MnO2-Cr2O3系壓敏陶瓷的電性能的影響；測量了CaCO3、Fe2O3和CuO摻雜的ZnO-Bi2O3-Sb2O3-CO2O3-MnO2-Cr2O3系壓敏陶瓷片的符合正電子湮沒輻射的Doppler展寬譜；通過分析實驗數(shù)據(jù)，研究并討論摻入CaC03、Fe2O3和CuO所引入的陽離子雜質(zhì)對ZnO-Bi2O3-Sb2O3-CO2O3-MnO2-C

2、r2O3系壓敏陶瓷電性能和微結構的影響的微觀作用機理，實驗結果如下： (1) 隨著摻雜CaCO3摩爾含量的增加，ZnO壓敏陶瓷的壓敏電壓V1mA升高、漏電流減小、非線性系數(shù)增大；ZnO壓敏陶瓷的Doppler展寬的商譜峰值減小。 這可以解釋為：在ZnO壓敏陶瓷摻雜CaCO3時，Ca離子主要在晶界析出，固溶在ZnO晶粒邊界形成固溶相顆粒，抑制晶粒增長，使ZnO晶粒減小，從而提高壓敏電壓，降低漏電流，增大非線性系數(shù)；同時由于

3、摻雜CaCO3抑制了晶粒長大，增加了單位厚度的晶界數(shù)，促使陶瓷體中的微缺陷增多，從而使ZnO壓敏陶瓷的Doppler展寬的商譜譜峰下降。 (2)隨Fe2O3摻雜量的增加，ZnO壓敏陶瓷的壓敏電壓V1mA和非線性系數(shù)先下降，后升高，最小值出現(xiàn)在Fe2O3摩爾摻雜量為1.00％；而漏電流和Doppler展寬的商譜譜峰先升高，后降低，最大值也出現(xiàn)在Fe2O3摩爾摻雜量為1.00％。 產(chǎn)生這些變化的原因是：Fe2O3摻雜量較少，

4、未超過1.00％時，F(xiàn)e2O3主要固溶至ZnO晶格，形成施主雜質(zhì)，增加載流子濃度，增大漏電流，降低壓敏電壓，減小非線性系數(shù)；同時由于Fe的核外高動量電子比Zn的核外高動量電子多，F(xiàn)e2O3固溶至ZnO晶格時，增加了高動量電子密度，引起ZnO壓敏陶瓷的Doppler展寬的商譜譜峰升高。當Fe2O3摻雜量超過1.0％時，F(xiàn)e2O3大量形成絕緣的Zn7Sb2O12-ZnFe2O4固溶體，存在于晶界中，從而促使壓敏電壓和非線性系數(shù)增大，而漏電流

5、和Doppler展寬商譜的譜峰降低。 (3)隨著摻雜CuO摩爾含量的增加，ZnO壓敏陶瓷的壓敏電壓V1mA和漏電流IL升高、非線性系數(shù)減??；ZnO壓敏陶瓷的Doppler展寬的商譜峰值升高。 這主要是由于：CuO高溫分解形成Cu+，并取代ZnO的zn2+離子，形成取代固溶體，減小了ZnO晶粒中的施主載流子濃度，增加了晶粒的電阻，從而導致壓敏電壓升高，非線性系數(shù)減小。同時由于Cu原子的核外高動量電子比Zn核外高動量電子多，

6、與正電子的湮沒幾率要大，而摻雜CuO所引入的陽離子取代ZnO晶粒中的zn2+生成取代固溶體，增加了陶瓷體中的高能高動量電子濃度，引起商譜譜峰增高。漏電流增大可能是由于Cu在晶界中表現(xiàn)為施主行為引起的。 (4)摻雜1.00％摩爾Fe2O3的Zn壓敏陶瓷的商譜峰值比摻雜1.00％摩爾CuO的商譜譜峰高，而Fe的商譜譜峰比Cu的商譜譜峰低。 出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是：雖然Cu的高動量電子比Fe多，但將摻雜量均為1.00％摩爾F

7、e2O3或CuO加入到ZnO壓敏陶瓷中，加入的Fe絕大部分形成取代固溶體，增加高動量電子密度，對商譜譜峰升高有貢獻；而加入的Cu只有形成取代固溶體的那部分對商譜譜峰有貢獻，另一部分Cu在晶界固溶，增加了微缺陷，降低了商譜譜峰。 (5)由Doppler展寬譜研究分析得到的摻雜CaCO3、Fe2O3和CuO分別在．ZnO-Bi2O3-Sb2O3-CO2O3-MnO2-Cr2O3系壓敏陶瓷中引起的微結構變化的結果和由電性能分析得到的結