熱敏電阻材料課件

1、功 能 材 料 1功 能 材 料 1導電功能材料是指那些具有導電特性的物質，它包括電阻材料、電熱與電光材料、導電與超導材料、半導體材料、介電材料、離子導體和導電高分子材料等。第二章 導電功能材料2導電功能材料是指那些具有導電特性的物質，它包括電阻材料、 一、固體導電理論 自由電子理論 （量子自由電子理論） 能帶理論 近代電導理論 第一節(jié) 固體的導電性3 一、固體導電理論第一節(jié) 固體的導電性3 二、導電功能材料的分類 導體 (電導率 106 108 S/m) 絕緣體 (電導率 1020 10 S/m) 半導體 (電導率 109 105 S/m)4 二、導電功能材料的分類4第二節(jié) 金屬導電材料導電

2、材料是指用以傳送電流而無或只有很小電能損失的材料。它包括：1. 電力工業(yè)用的電線、電纜等強電用的導電引線材料2. 電子工業(yè)中傳送弱電流的導體布線材料、導電涂料、導電 粘接劑及導電透明材料。5第二節(jié) 金屬導電材料導電材料是指用以傳送電流而無或只導電引線材料要求： 高的導電性、足夠的機械強度、不易氧化、不易腐蝕、易加工、可焊接。 、導電引線材料6導電引線材料要求： 高的導電性、足夠的機械強度、不易氧化 要求：膜電阻小、附著力強、可焊性和抗焊熔性好等。 材料：Au、Ag、Cu、Al等電導率高的材料；或使用金屬粉和石墨粉與非金屬混合的復合導電材料。其電阻率通常比強電用材料高得多，并有厚膜和薄膜之分。、

3、導體布線材料7 要求：膜電阻小、附著力強、可焊性和抗焊熔性好等。、導體厚膜布線導體可分為如下二類：Au、Ag、Pt、Pd等貴金屬系 采用導體漿料絲網印刷后燒結而成，膜層致密，附著力強，可用非活性焊劑焊接，抗焊熔性好，絲網印刷性好，與多種電阻及介質材料兼容。Cu、Ni、Al、Cr等賤金屬系 價格低廉，膜電阻小、可焊性和抗焊熔性好、無離子遷移；但工藝要求高，老化性能較差。8厚膜布線導體可分為如下二類：Au、Ag、Pt、Pd等貴金屬薄膜布線導體也可分為二類：單種金屬形成的單層薄膜導體（單元膜） 有良好的導電性，易于成膜，無需其它金屬做底層就可具有良好的附著力、可超聲焊和熱壓焊、成本低，薄膜表面生成的

4、氧化層有利提高多層布線的絕緣性。 缺點：鋁薄膜表面的氧化層造成焊接困難，焊點易脫開，抗電遷移能力弱。 9薄膜布線導體也可分為二類：單種金屬形成的單層薄膜導體（單元不同金屬膜所構成的多層薄膜導體（復合膜） 一般包括底層和頂層：底層主要作用是使頂層導體膜牢固附在基片上。常見有Cr、NiCr、Ti等易氧化的金屬，以便與基片中的氧形成共價鍵，厚度約2050nm； 頂層通常為導電性好、抗電遷移能力強、化學穩(wěn)定性高、可焊性好的Au膜，厚度1000nm； 有時為阻止底層和頂層間的互擴散，提高穩(wěn)定性和抗蝕能力，加入100300nm阻擋層（如Cu）。10不同金屬膜所構成的多層薄膜導體（復合膜） 10第三節(jié) 電

5、阻 材 料 凡利用物質的固有電阻特性來制造不同功能元件的材料都稱為電阻材料。它包括：1. 調節(jié)器、電位器、精密儀器儀表用的精密電阻合金2. 加熱器用的電阻材料。3. 傳感器用的電阻合金4. 電子工業(yè)用的膜電阻材料11第三節(jié) 電 阻 材 料 凡利用物質的固有電阻特性來制電阻系數,又叫電阻率,是指電熱體當溫度在20,1m長度的電熱體1mm2端面所具有的電阻值,其單位：mm2/m 。電熱體的電阻隨著溫度變化而變化，衡量這個變化程度的叫電阻溫度系數?？砂聪率接嬎悖菏街?0 為電熱元件在20的電阻率； 為電阻溫度系數， -1； t 為電熱元件的工作溫度，。12電阻系數,又叫電阻率,是指電熱體當溫度在20

6、,1m長度的電特點：在盡可能寬的溫度范圍內具有低的電阻溫度系數TCR及二次電阻溫度系數；電阻值均勻性好；良好的加工工藝性能和力學性能；耐磨性和抗氧化性好。材料：包括錳銅合金、鎳銅合金、改良型鎳鉻電阻合金、貴金屬精密電阻合金以及改良型鐵鉻鋁等其它系列精密電阻合金等。一、精密電阻合金13特點：在盡可能寬的溫度范圍內具有低的電阻溫度系數TCR及二 包括工作在1350C以下的普通中低溫電熱合金和在1350 C以上使用的貴金屬電熱合金及陶瓷電熱材料。特點：在高溫下具有良好的抗氧化性及穩(wěn)定性；具有高的電阻率和低的電阻溫度系數；良好的加工工藝性能；足夠的高溫強度；價格低廉。二、電熱器用電阻材料14 包括工作

7、在1350C以下的普通中低溫電熱合金和在132.1 電熱合金康銅(Cu-Ni)合金，使用溫度500 C以下，具有不大的電阻溫度系數和較高的電阻率。 Ni基或Fe基電熱合金，使用溫度9001300 C。Ni基合金隨Cr含量不同，其抗氧化能力不同，w(Cr)為15以上，其性能良好，Ni80Cr20合金綜合性能最好；Fe基合金的耐熱性隨Al和Cr的含量增加而增高，且長時間使用永久伸長率較大。152.1 電熱合金康銅(Cu-Ni)合金，使用溫度500 CNi基及Fe基合金在10001300范圍內，空氣中使用最多。它們抗氧化、價格便宜、易加工、電阻大和電阻溫度系數小。注意： 它們抗氧化因為在高溫下由于空

8、氣的氧化能生成(致密的）Cr2O3或NiCrO4，阻止進一步氧化。16Ni基及Fe基合金在10001300范圍內，空氣中使用最 純金屬電熱體鎢、鉬、鉭（Mo、W、Ta）共性：在真空或適當氣氛下獲得更高的溫度； 電阻系數大，熔點高，抗氧化差(不能在空氣中使用) 鉬： 常 用 溫 度 16001700 鎢： 22002400,熔點3400鉭：20002100 ，熔點2900高純氫,氨分解氣,無水酒精蒸汽,真空鉬在氧化氣氛下生成氧化鉬升華，易滲碳變脆，最高使用溫度2500使 用 氣 氛 真空、高純氫氣或惰性氣體 真空和惰性保護氣氛（注意：氮氣中不能用)最高使用溫度2200注意:不能處滲碳氣氛中2.2

9、 電熱貴金屬17 純金屬電熱體鎢、鉬、鉭（Mo、W、Ta）共性：在真空或適 鉑和鉑銠合金(Pt, Pt-Rh)鉑：多用于微型電熱爐中,如臥式顯微鏡的微型加熱爐,測定冶金熔體熔點的小型電爐及標定熱電偶的小型電路中； 使用溫度為13001400, 鉑銠合金絲可用到1600。 鉑電熱體 優(yōu)點，。能經受氧化氣氛電阻系數小升溫導熱快電熱性能穩(wěn)定缺點不能經受還原性氣氛及硅、鐵、硫、碳元素的侵蝕價格十分昂貴18 鉑和鉑銠合金(Pt, Pt-Rh)鉑：多用于微型電熱爐中2.3 電熱陶瓷碳化硅(SiC) 二硅化鉬(MoSi2)鉻酸鑭（LaCrO3） 二氧化錫（SnO2）192.3 電熱陶瓷碳化硅(SiC) 19

10、 碳化硅（SiC）碳化硅是通過鍵能很高的共價鍵結合的晶體。碳化硅是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加熱至高溫還原而成：SiO2+3CSiC+2CO。碳化硅的燒結工藝也有熱壓和反應燒結兩種。由于碳化硅表面有一層薄氧化膜，因此很難燒結，需添加燒結助劑促進燒結，常加的助劑有硼、碳、鋁等。20 碳化硅（SiC）20碳化硅的最大特點是高溫強度高，有很好的耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變性能，其熱傳導能力很強，僅次于氧化鈹陶瓷。 碳化硅陶瓷用于制造火箭噴嘴、澆注金屬的喉管、熱電偶套管、爐管、燃氣輪機葉片及軸承，泵的密封圈、拉絲成型模具等。SiC軸承 碳化硅陶瓷坩堝 21碳化硅的最大特點是高溫強度高，有很好的耐磨損、耐

11、腐蝕、抗蠕變形狀: 常為棒狀或管狀，也有U型及W型。 耐溫度驟變性好， 化學性能穩(wěn)定，不與酸性材料反應； 耐高溫，在空氣中常用溫度為1450。注意: SiC電熱體不能在真空和氫氣氣氛中使用 ; 可以在1300 將它浸于B2O3中并升溫至1500， 則其表面形成硼化膜，增加其使用壽命。在使用過程中電阻率緩慢增大老化如何延長其使用壽命?優(yōu)點22形狀: 常為棒狀或管狀，也有U型及W型。 在使用過程中電阻率 二硅化鉬 特性： 熔點較高(2030)； 密度適中(6.24g/cm3)； 抗氧化性優(yōu)良； 導電導熱性好； 熱膨脹系數較低。23 二硅化鉬23 發(fā)熱元件 24 242525 適用于空氣，可用于氮氣

12、、惰性氣體中;使用到1200 1650;沒有“老化”現象,在空氣中長時間使用而電阻 率不變 MoSi2特有的優(yōu)點注意:不能用于還原性氣氛和真空中“MoSi2疫” 低溫(500700 )空氣中使用時，Mo被大量氧化，而又不能形成保護膜。MoSi2疫避免低溫空氣中使用為何MoSi2電熱體可以在高溫下，氧化性氣氛中使用？在高溫下，發(fā)熱體表面生成MoO3揮發(fā)出去，從而在發(fā)熱體表面形成致密的SiO2保護膜，阻止其進一步受到氧化。26 適用于空氣，可用于氮氣、惰性氣體中;使用 鉻酸鑭（LaCrO3）鉻酸鑭發(fā)熱元件是以鉻酸鑭為主要成分， 在高溫氧化氣氛電爐中使用的電阻發(fā)熱元件； 其耗能少，可以精確控制溫度。

13、 能夠在空氣氣氛表面溫度允許1900， 可獲 得1850的爐溫； 能在氧化氣氛下長期使用， 適合于高精度溫度的自動化控制， 其爐溫穩(wěn)定度可在1之內。優(yōu)點27 鉻酸鑭（LaCrO3）鉻酸鑭發(fā)熱元件是以鉻酸鑭為主要成分二氧化錫（SnO2）二氧化錫主要用作高溫導體、歐姆電阻器、透明薄膜電極和8氣體敏感元件等。 二氧化錫本身不能被燒結成致密的陶瓷，往往需要加入氧化鋅和氧化銅等燒結劑并摻雜V族元素Sb和As以形成半導體，這樣可以得到致密度為98%的SnO2。 該陶瓷主要用于制作熔融特種玻璃電極。28二氧化錫（SnO2）二氧化錫主要用作高溫導體、歐姆電阻器、碳質電熱體為防止高溫氧化而燒毀，應在保護氣氛中（

14、氫氣、氮氣、二氧化碳、氬氣）和真空中使用。 以碳系發(fā)熱體做熱源的高溫爐，常用溫度18002200。最高使用溫度可達360029碳質電熱體為防止高溫氧化而燒毀，應在保護氣氛中（氫氣、氮氣 敏感陶瓷是某些傳感器中的關鍵材料，用于制作敏感元件，敏感陶瓷多屬于半導體陶瓷，是繼單晶半導體材料之后，又一類新型多晶半導體電子陶瓷。 敏感陶瓷是根據某些陶瓷的電阻率、電動勢等物理量對熱、濕、光、電壓及某些氣體，某種離子的變化特別敏感這一特性，按其相應的特性，可把這些材料分別稱為熱敏、濕敏、光敏、壓敏、氣敏及離子敏感陶瓷。三、熱敏電阻材料30 敏感陶瓷是某些傳感器中的關鍵材料，用于制作敏熱敏陶瓷是半導體陶瓷材料中

15、的一類，其電阻率約為10-4107.cm。陶瓷材料可以通過摻雜或者使化學計量比偏離而造成晶格缺陷等方法獲得半導性。半導體陶瓷的共同特點是：它們的導電性隨環(huán)境而變化，利用這一特性，可制成各種不同類型的陶瓷敏感器件，如熱敏、氣敏、濕敏、壓敏、光敏器件等。31熱敏陶瓷是半導體陶瓷材料中的一類，其電阻率約為10-410熱敏陶瓷 thermistor ceramics熱敏陶瓷是指對溫度變化敏感的陶瓷材料。熱敏陶瓷熱敏電容熱敏電阻熱釋電材料正溫度系數熱敏電阻（BaTiO3半導體瓷）負溫度系數熱敏電阻（MnCoNi半導體瓷）熱敏電阻是一種電阻值隨溫度變化的電阻元件。電阻值隨溫度升高而增加的稱為正溫度系數（P

16、TC）熱敏電阻電阻值隨溫度升高而減小的稱為負溫度系數（NTC）熱敏電阻32熱敏陶瓷 thermistor ceramics熱敏陶 熱敏半導體陶瓷材料就是利用它的電阻、磁性、介電性等性質隨溫度而變化，用它作成的器件可作為溫度的測定、線路溫度補償及穩(wěn)頻等，且具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、制造工藝簡單及價格便宜等特點。 按照熱敏陶瓷的電阻-溫度特性，一般可分為三大類：1電阻隨溫度升高而增大的熱敏電阻稱為正溫度系數熱敏電阻，簡稱PTC熱敏電阻；2電阻隨溫度的升高而減少的熱敏電阻稱為負溫度系數熱敏電阻，簡稱NTC熱敏電阻；3電阻在某特定溫度范圍內急劇變化的熱敏電阻，簡稱為CTR臨界溫度熱敏電阻。33 熱敏半導

17、體陶瓷材料就是利用它的電阻、磁性基本特性1、標準阻值（R） 熱敏電阻器在規(guī)定溫度下（25），采用引起電阻值不超過0.1%的功率測得的電阻值，稱為標準阻值。2、材料常數（B） 表征熱敏電阻材料物理特性的常數，與標準阻值的關系如下式：PTC熱敏電阻NTC熱敏電阻AP、AN為與形狀尺寸相關的常數34基本特性1、標準阻值（R） 熱敏電阻器在規(guī)定溫度下（253、耗散系數（H） 表示熱敏電阻溫度升高1所消耗的功率，描述了熱敏電阻工作時與外界環(huán)境進行熱交換的大小。其中：W 熱敏電阻消耗的功率(mW)T 熱敏電阻的溫度T0 環(huán)境溫度I 在溫度T時通過熱敏電阻的電流（mA）R 在溫度T時熱敏電阻的電阻值()35

18、3、耗散系數（H） 表示熱敏電阻溫度升高1所消耗的功率4、時間常數（） 熱敏電阻在零功率狀態(tài)下，當環(huán)境溫度由一個特定溫度向另一個特定溫度突變時，熱敏電阻阻值變化63.2%所需時間。 起始溫度：2585或01005、溫度系數（T） 當溫度變化1時，熱敏電阻阻值的變化率。 T和RT對應于溫度T（K）時的電阻溫度系數和電阻值，在工作溫度范圍內，T不是一個常數。364、時間常數（） 熱敏電阻在零功率狀態(tài)下，當環(huán)境溫度一、PTC熱敏陶瓷1、PTC熱敏電阻的基本特性（1）電阻溫度特性 其電阻溫度曲線（R-T曲線）見圖8-1。 居里溫度Tc可通過摻雜來調整。（2）電阻溫度系數 是指零功率電阻值的溫度系數，其

19、定義為： T=1/RT*dRT/dT對于PTC，T=2.303/(T2-T1)*lgR2/R137一、PTC熱敏陶瓷37PTC熱敏電阻 PTC是Positive Temperature coefficient (正溫度系數)的縮寫，是一種以鈦酸鋇(BaTiO3)為主要成分的半導體功能陶瓷材料，具有電阻值隨著溫度升高而增大的特性，特別是在居里溫度點附近電阻值躍升有37個數量級。 利用其最基本的電阻溫度特性及電壓-電流特性與電流-時間特性，PTC系列熱敏電阻已廣泛應用于工業(yè)電子設備，汽車及家用電器等產品中，以達到自動消磁、過熱過流保護，馬達啟動，恒溫加熱，溫度補償、延時等作用。38PTC熱敏電阻

20、PTC是Positive Tempera（3）室溫電阻率 是指25時的零功率電阻率a。（4）電壓-電流特性：見圖8-2（5）耐壓特性 是指PTC熱敏電阻陶瓷所承受的最高電壓Vmax。（6）電流-時間特性（7）放熱特性39（3）室溫電阻率39二、PTC熱敏陶瓷材料 PTC熱敏電阻器有兩大系列：一類是采用BaTiO3為基材料制作的PTC；另一類是以氧化釩為基的材料。1、 BaTiO3系PTC熱敏電阻陶瓷（1） BaTiO3陶瓷產生PTC效應的條件 當BaTiO3陶瓷材料中的晶粒充分半導化，而晶界具有適當絕緣性時，才具有PTC效應。 PTC效應完全是由其晶粒和晶界的電性能決定，沒有晶界的單晶不具有P

21、TC效應。 40二、PTC熱敏陶瓷材料40（2）陶瓷的半導化 由于在常溫下是絕緣體，要使它們變成半導體，需要一個半導化。所謂半導化，是指在禁帶中形成附加能級：施主能級或受主能級。在室溫下，就可以受到熱激發(fā)產生導電載流子，從而形成半導體。 形成附加能級的方法：通過化學計量比偏離和摻雜。A、化學計量比偏離 在氧化物半導體陶瓷的制備過程中，通過控制燒結溫度、燒結氣氛以及冷卻氣氛等，產生化學計量的偏離。41（2）陶瓷的半導化41B、摻雜 在氧化物中，摻入少量高價或低價雜質離子，引起氧化物晶體的能帶畸變，分別形成施主能級和受主能級。從而形成n型或p型半導體陶瓷。（3） BaTiO3陶瓷的半導化 一般采用

22、摻雜施主金屬離子。在高純BaTiO3陶瓷中，用La3+、Ce4+、Sm3+、Dy3+、Y3+、Sb3+、Bi3+等置換Ba2+?；蛴肗b5+、Ta5+、W6+等置換Ti4+。 摻雜量一般在0.2%0.3%之間，稍高或稍低均可能導致重新絕緣化。42B、摻雜42（4） BaTiO3PTC陶瓷的生產工藝 以居里點Tc為100的PTC BaTiO3陶瓷為例。(1-y)(Ba1-xCaxTi1.01O3).ySrSnO3+0.002La2O3+0.006Sb2O3+0.0004MnO2+0.0025SiO2+0.00167Al2O3+0.001Li2CO3A、原料：一般應采用高純度的原料，特別要控制受主

23、雜質的含量，把Fe、Mg等雜質含量控制在最低限度。一般控制在0.01mol%以下。B、摻雜：施主摻雜物La2O3、Nb2O5、Y2O3等宜在合成時引入，含量在0.20.3mol%這樣一個狹窄的范圍內。C、瓷料制備及成型：傳統(tǒng)的工藝難以解決純度和均勻性的問題，現已經開始采用液相法。D、燒成：PTC陶瓷必須在空氣或氧氣氛中燒成。43（4） BaTiO3PTC陶瓷的生產工藝43（5）影響PTC熱敏陶瓷性能的影響A、組成對居里溫度的影響 不同的PTC熱敏陶瓷對Tc(開關溫度)有不同的要求。通過控制BaTiO3的居里點可以解決。改變Tc稱“移峰”，通過改變組成，即加入某些化合物可以達到“移峰”的目的，這

24、些加入的化合物稱為“移峰劑”。 “移峰劑”具有與Ba2+、Ti4+離子大小、價態(tài)相似的金屬離子，可以取代Ba2+、Ti4+離子，形成連續(xù)固溶體。如PbTiO3 （高于120，Tc=490）、 SrTiO3（低于120，Tc=-150）。44（5）影響PTC熱敏陶瓷性能的影響44B、晶粒大小的影響 晶粒大小與正溫度系數、電壓系數及耐壓值有密切的關系。一般說來，晶粒越細小，晶界的比重越大，外加電壓分配到每個晶粒界面層的電壓就越小。因此，晶粒細小可降低電壓系數，提高耐壓值。 BaTiO3熱敏陶瓷的PTC特性的高低，與陶瓷的晶粒大小密切相關。研究表明，晶粒在5um左右的細晶陶瓷具有極高的正溫度系數。

25、要獲得細晶陶瓷，首先要求原料細、純、勻、來源穩(wěn)定，其次可通過添加一些晶粒生長抑制劑，達到均勻細小凈粒結構的目的。此外，加入玻璃形成劑和控制升溫速度也可以抑制晶粒長大。45B、晶粒大小的影響45C、化學計算比（Ba/Ti）的影響 在TiO2稍微過量時通常會呈現最低體積電阻率；在Ba過量時體積電阻率往往會增高，且使瓷料易于實現細晶化。D、Al2O3對PTC陶瓷的影響 Al3+在BaTiO3基陶瓷中有三種存在位置：當TiO2高度過量時，Al3+有可能被擠到BaTiO3晶格的Ba2+位置，這時Al3+的作用是施主；在Al2O3-SiO2-TiO2摻雜的PTC瓷料中，Al3+處于玻璃相中，能夠起到吸收受

26、主雜質、純化主晶相的作用；在未引入SiO2、且TiO2也不過量的情況下，Al3+將取代BaTiO3晶格中的Ti4+，起受主作用。顯然，、種情況下對PTC瓷料的半導化起有益作用。是有害的。46C、化學計算比（Ba/Ti）的影響46三、PTC熱敏電阻的應用 為溫度敏感特性的應用、延遲特性的應用及加熱器方面的應用。1、溫度監(jiān)控傳感器2、彩色電視機消磁3、電冰箱起動器4、PTC陶瓷作為發(fā)熱體 47三、PTC熱敏電阻的應用47四、NTC熱敏電阻陶瓷 NTC熱敏電阻陶瓷是指隨溫度升高而其電阻率按指數關系減小的一類陶瓷。 RT=R0exp（B/T-B/T0） B=lgRT-lgR0/（1/T-1/T0） R

27、T、R0為溫度T、T0時熱敏電阻的電阻值（），B熱敏電阻常數（K）。 熱敏電阻常數B可以表征和比較陶瓷材料的溫度特性，B值越大，熱敏電阻的電阻對于溫度的變化率越大。一般常用的熱敏電阻陶瓷的B=20006000K，高溫型熱敏電阻陶瓷的B值約為1000015000K。48四、NTC熱敏電阻陶瓷48NTC熱敏電阻 NTC是Negative Temperature coefficient (負溫度系數)的縮寫，是以尖晶石結構為主的半導體功能陶瓷，具有電阻值隨著溫度升高而減小的特性，按照使用溫度可分為低溫（-1300）、常溫（-50350）及高溫（300）用三種類型，主要應用于溫度測量和溫度補償。 NT

28、C熱敏電阻通常都是以MnO為主材料，同時引入CoO、NiO、CuO、FeO等，使其在高溫下形成尖晶石結構的半導體材料，主要有二元、三元及四元系材料。49NTC熱敏電阻 NTC是Negative Tempera NTC熱敏電阻陶瓷大多數是尖晶石結構或其它結構的氧化物陶瓷，主要成分是CoO、NiO、MnO、CuO、ZnO、MgO、Fe2O3、Cr2O3、ZrO2、TiO2等。其主要成分和應用見表8-3。 分為三大類：低溫型、中溫型及高溫型陶瓷。50 NTC熱敏電阻陶瓷大多數是尖晶石結構或其它結構1.中溫NTC熱敏電阻陶瓷1）材料體系：二元系 ：CuO-MnO-O2 CoO-MnO-O2 NiO-M

29、nO-O2三元系： MnO-NiO-CoO-O2 MnO-NiO-CuO-O2 MnO-CuO-CoO-O2 511.中溫NTC熱敏電阻陶瓷51二元系NTC熱敏電阻材料 常用的二元系NTC熱敏電阻材料有：MnO-CoO-O， MnO-CuO-O2， MnO-NiO-O、 CoO-CuO-O，CoO-NiO-O，CuO-NiO-O系等。 缺點：對組分敏感，組分稍有變化，電導率就可能變化幾個數量級，使產品一致性和重復性差。52二元系NTC熱敏電阻材料 常用的二元系NTC熱敏電阻材料常用的三元系材料：MnO-CoO-NiO-OMnO-CuO-NiO-OMnO-CuO-CoO-O三元系NTC熱敏電阻材

30、料 在三元系濃度三角形中央區(qū)域內，材料的電導率對陽離子成分不敏感，組分稍有變化，電導率變化很小，可以生產出一致性、重復性、穩(wěn)定性優(yōu)良的NTC熱敏電阻。53常用的三元系材料：三元系NTC熱敏電阻材料 在三元系濃度四元系NTC熱敏電阻材料 常用的含錳四元系熱敏電阻材料有：MnO-CoO-NiO-FeO-OMnO-CoO-NiO-CuO-OMnO-NiO-FeO-CuO-OMnO-CoO-FeO-CuO-O54四元系NTC熱敏電阻材料 常用的含錳四元系熱敏電阻2）NTC熱敏電阻陶瓷的導電機理：（1）化學計量比偏離 采用氧化或還原氣氛燒結，分別產生p型和n型半導體，形成電子或空穴導電。（2）摻雜 在主

31、成分中引入少量與主成分金屬離子種類不同、電價不等的金屬離子，產生不等價置換，從而產生產生p型和n型半導體，實現電子或空穴導電。552）NTC熱敏電阻陶瓷的導電機理：552.高溫NTC熱敏電阻陶瓷 一般要求為：熔點高、性能穩(wěn)定、熱敏感性高、電阻溫度系數大、元件燒成后，與電極的接觸狀態(tài)好、可通過調整配方和晶粒度能夠改變電阻的溫度特性。材料體系有以下兩類：ZrO2-CaO、ZrO2-Y2O3等螢石型結構陶瓷以Al2O3、MgO為主要成分的尖晶石型陶瓷562.高溫NTC熱敏電阻陶瓷563.NTC熱敏電阻陶瓷的應用1）溫度補償： 用于石英振蕩器（23個NTC）2）抑制浪涌電流： 用于控制開關電源、電機、

32、變壓器等在接通瞬時產生的大電流。3）溫度檢測 用于熱水器、空調、廚房設備、辦公用品、汽車電控等。573.NTC熱敏電阻陶瓷的應用57 片式NTC熱敏電阻主要應用在移動電話、手提電腦、液晶顯示器、個人計算機、傳真機以及汽車工業(yè)，其中44%用于通訊領域，26%用于汽車工業(yè)，30%用于消費類電器。近年來，由于移動通訊、計算機、消費類電子產品（如彩電、VCD、DVD、LD、CD等）、辦公自動化設備、汽車電子裝備以及軍用無線電設備和航空、航天高新數字電子技術產品在我國的迅猛發(fā)展，國內市場對片式化NTC熱敏電阻的需求與日俱增，市場前景大為看好。因此，國內外對片式NTC熱敏電阻的需求以每年2030%的速率遞

33、增。58 片式NTC熱敏電阻主要應用在移動電話、手提電腦、液晶顯4.NTC熱敏電阻陶瓷的生產工藝及特點1）電極制備：與銀形成可靠的歐姆電極2）阻值調整：3）敏化處理：594.NTC熱敏電阻陶瓷的生產工藝及特點59四 膜電阻材料膜電阻材料的優(yōu)點： 體積下，重量輕，性能好，可靠性高，便于混合集成化。 是電子應用方面的首選材料，它包括厚膜電阻和薄膜電阻材料兩類。60四 膜電阻材料膜電阻材料的優(yōu)點：60厚膜電阻材料 厚膜電阻是指用厚膜雜化制造加工技術制成的膜電阻。 厚膜電阻材料統(tǒng)稱為厚膜電阻漿料，一般由0.20.3um粒度的導體粉料。0.510um粒度的玻璃粉末和有機載體等三部分組成。61厚膜電阻材料

34、 厚膜電阻是指用厚膜雜化制造加工技術制成的膜 根據不同原料可分為： 貴金屬系，賤金屬系和聚合物電阻漿料等三大類，其膜厚通常為1015um。62 根據不同原料可分為：62薄膜電阻材料 薄膜電阻材料是采用如濺射，蒸發(fā)等真空鍍膜工藝制成的膜電阻。電子技術中廣泛應用薄膜電子材料來制造分立電阻原件及集成電路中的電阻原件。63薄膜電阻材料 薄膜電阻材料是采用如濺射，蒸發(fā)等真空鍍膜工藝制薄膜電阻材料有兩類： 一類是碳膜，另一類是金屬膜。 早期大量使用碳膜電阻，但由于工藝上的原因，碳膜電阻的容許誤差高達10以上，而且溫度系數大，因此在要求高的場合普遍使用金屬膜電阻。當金屬的厚度小于電子在金屬中的平均自由程是，

35、電阻率急劇增加。利用這一效應可制成體積很笑而阻值很高的金屬膜電阻。其阻值誤差可控制在2.55以內。而且電阻系數遠小于碳膜電阻。64薄膜電阻材料有兩類：64薄膜電阻的特點：金屬膜電阻的時 間穩(wěn)定性較好，體積比相同功率的碳膜電阻小得多。薄 膜電阻一般成膜于陶瓷或玻璃基體上。碳膜還可以成 膜于絕緣紙板上。金屬成膜可采用蒸鍍法、陰極濺射 法、還原法和氧化物燒結法。65薄膜電阻的特點：65 常用的金屬膜材料有鎳鉻 合金(Ni一Cr)、氮化擔(TaN)、Cr一510、氧化錫 (SnOZ)等。其中Cr一510用于制造zMn以上的高值 電阻。金屬膜電阻的溫系數大致是10一7(1/)量 級，有正溫度系數和負溫度

36、系數二類。碳膜電阻具有負 的溫度系數，數值是10一3(1/)量級，其時間穩(wěn)定 性比金屬膜電阻差得多。66 常用的金屬膜材料有鎳鉻 合金(Ni一Cr)、氮化擔(電阻材料的發(fā)展趨勢：普遍使用的高精度，高可靠性，在大溫度范圍內穩(wěn)定的高阻電阻數控和數字顯示用的高頻特性好，電阻溫度系數小的膜電阻宇航，軍事，科研等極低溫下的電阻材料把電阻材料的發(fā)展與電阻原件的制造工藝融為一體非晶化電阻材料67電阻材料的發(fā)展趨勢：67第四節(jié) 半導體材料 半導體 (電導率 109 105 S/m) 68第四節(jié) 半導體材料 68 兩種載流子：空穴和電子 N型半導體：半導體材料以電子導電占主導作 用 P型半導體：半導體材料以空穴

37、導電占主導作 用69 兩種載流子：空穴和電子69 雜質與缺陷對半導體的性能有重大的影響 根據半導體的含物質的情況分：本征半導體、 雜質半導體。 本征半導體：純凈的半導體稱為本征半導體。 雜質半導體：本征半導體的導電能力很弱，那么在里面摻入微量的其他元素，就會有很明顯的變化，現在形成的有雜質的半導體就是雜質半導體。實際中用的都是雜質半導體。它分N型和P型兩種。 70 雜質與缺陷對半導體的性能有重大的影響70 本征半導體的共價鍵結構束縛電子在絕對溫度T=0K時，所有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不會成為自由電子，因此本征半導體的導電能力很弱，接近絕緣體。一. 本征半導體 本征半導體化學成分

38、純凈的半導體晶體。制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。71 本征半導體的共價鍵結構束縛電子在絕對溫度T=0K時，所有的 這一現象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。 當溫度升高或受到光的照射時，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導電，成為自由電子。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴 自由電子產生的同時，在其原來的共價鍵中就出現了一個空位，稱為空穴。72 這一現象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。 當溫度升高 可見本征激發(fā)同時產生電子空穴對。 外加能量越高（溫度越高），產生的電子空穴對越多。 動畫演示 與本征激發(fā)相反的現象復合在一定溫度

39、下，本征激發(fā)和復合同時進行，達到動態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。常溫300K時：電子空穴對的濃度硅：鍺：自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴電子空穴對73 可見本征激發(fā)同時產生電子空穴對。 動畫演示 與本征自由電子 帶負電荷 電子流動畫演示+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子E總電流載流子空穴 帶正電荷 空穴流本征半導體的導電性取決于外加能量：溫度變化，導電性變化；光照變化，導電性變化。導電機制74自由電子 帶負電荷 電子流動畫演示+4+4+4+4+4+二. 雜質半導體 在本征半導體中摻入某些微量雜質元素后的半導體稱為雜質半導體。1. N型半導體 在本征半導體中摻入五價雜質

40、元素，例如磷，砷等，稱為N型半導體。 75二. 雜質半導體 在本征半導體中摻入某些微量雜質元素N型半導體多余電子磷原子硅原子多數載流子自由電子少數載流子 空穴+N型半導體施主離子自由電子電子空穴對76N型半導體多余電子磷原子硅原子多數載流子自由電子少數載流 在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵等?？昭ㄅ鹪庸柙佣鄶递d流子 空穴少數載流子自由電子P型半導體受主離子空穴電子空穴對2. P型半導體77 在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵等。空穴硼原子雜質半導體的示意圖+N型半導體多子電子少子空穴P型半導體多子空穴少子電子少子濃度與溫度有關多子濃度與溫度無關78雜質半導體的示意圖+N型半導

41、體多子電 按其組成半導體材料可分成： 元素半導體，化合物半導體，有機物半導體，玻璃半導體，非晶半導體和半導體陶瓷。 79 按其組成半導體材料可分成：79一 元素半導體 具有半導體特性的元素，如硅、鍺、硼、硒、碲、碳、碘等組成的材料。 工業(yè)上應用最多的是硅、鍺、硒。 用于制作各種晶體管、整流器、集成電路、太陽能電池等方面。 其他硼、碳(金剛石、石墨)、碲、碘及紅磷、灰砷、灰銻、灰鉛、硫也是半導體，但都尚未得到應用。80一 元素半導體80二 化合物半導體 由兩種或兩種以上元素以確定的原子配比形成的化合物，并具有確定的禁帶寬度和能帶結構等半導體性質。包括晶態(tài)無機化合物(如III-V族、II-VI族化

42、合物半導體)及其固溶體、非晶態(tài)無機化合物(如玻璃半導體)、有機化合物(如有機半導體)和氧化物半導體等。81二 化合物半導體81 通常所說的化合物半導體多指晶態(tài)無機化合物半導體。主要是二元化合物如：砷化鎵、磷化銦、硫化鎘、碲化鉍、氧化亞銅等，其次是二元和多元化合物，如鎵鋁砷、銦鎵砷磷、磷砷化鎵、硒銦化銅及某些稀土化合物(如SeN、YN、La2S3等)。多采用布里奇曼法(由熔體生長單晶的一種方法)、液封直拉法、垂直梯度凝固法制備化合物半導體單晶，用外延法、化學氣相沉積法等制備它們的薄膜和超薄層微結構化合物材料。用于制備光電子器件、超高速微電子器件和微波器件等方面。82 通常所說的化合物半導體多指晶

43、態(tài)無機化合物 化合物半導體的寬帶會產生補償效應。 例如，對ZnS等n型半導體在生長時滲入或生長后用擴散方法摻入p型雜質會在半導體中不斷產生起施主作用的晶格缺陷，這些缺陷中和掉了所摻入的p型雜質，使ZnS等不能用摻雜的方法形成p型半導體，反之，ZnTe等p型半導體材料不能通過摻雜形成n型半導體。83 化合物半導體的寬帶會產生補償效應。83三 有機物及玻璃半導體 到目前為止，有機物及玻璃半導體材料中只有不多的液晶材料得到了應用，已知的液晶材料都是有機化合物，它是處于液相與固相之間的一種中間相，它像液體一樣，不能承受切應力但能夠流動。84三 有機物及玻璃半導體84 液晶分子有棒狀和碟狀兩類幾何形狀，

44、大多數液晶高分子是棒狀分子且只有棒狀分子組成的液晶才具有技術應用價值。人們根據分子排列的不同把液晶分為膽甾相，近晶相，向列相等形態(tài)。低溫下它是晶體結構，高溫時則變?yōu)橐后w，在中間溫度則以液晶形態(tài)存在。85 液晶分子有棒狀和碟狀兩類幾何形狀，大多數液四 非晶態(tài)半導體 非晶態(tài)半導體材料是指不具有晶格平移對稱性的半導體材料。 主要特征：(1)它是一種非平衡的亞穩(wěn)態(tài)，其自由能高于同質的晶體；（2）長程無序和短程有序。短程有序是在近鄰原子間有著與同質晶體類似的結構，但近鄰原子間距及鍵角等與晶體相比稍有不規(guī)則的畸變。 86四 非晶態(tài)半導體86 由于非晶態(tài)禁帶中局域態(tài)能級的存在，非晶態(tài)摻雜成為n型；p型半導體更困難。 制備非晶態(tài)半導體的主要方法有兩大類： 一類是從液態(tài)經快淬冷卻制得，制備塊狀硫系非晶半導體多采用這種方法，得到的常是玻璃態(tài)；另一類是用真空蒸發(fā)、濺射、輝光放電及化學氣相沉積(CVD)等方法，可制得薄膜狀非晶態(tài)半導體，制備a-si，a-Ge及其他四度配位化合物非晶態(tài)半導體多采用這類方法。87 由于非晶態(tài)禁帶中局域態(tài)能級的存在，非晶態(tài) 常見的非晶態(tài)半導體材料為四