硼掺杂低温烧结ZnO基压敏陶瓷材料
2024-08-13 13:40:08
来源：半导体器件应用网
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ZnO基压敏陶瓷具有优良的非线性I-V特性及耐脉冲电流能力，作为过压保护和浪涌吸收的元件被广泛地应用在电子线路、电力系统中[1, 2]。利用ZnO基压敏陶瓷材料可制作多层贴片压敏电阻。类似多层瓷介电容器，制备多层压敏电阻需要将内电极和压敏陶瓷材料共烧，通常压敏陶瓷材料烧结温度范围在1100~1200 ℃，适当配比的Ag/Pd电极可以适合这个温度范围。但是，ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷中含有较多，Bi2O3容易与Ag/Pd内电极中的Pd发生反应[3, 4]，破坏内电极连续性。
如果能将烧结温度降低，内电极中可以不采用昂贵的Pd金属材料，避免上述的Pd与Bi2O3之间的反应。金属银的熔点约960 ℃，已有成熟的银电极浆料烧结温度在840 ℃以下，因此，如果能将氧化锌压敏陶瓷材料的烧结温度降低到840 ℃以下，则可以采用银电极作为多层压敏电阻的内电极。
氧化锌压敏陶瓷材料通常烧结温度高于1100 ℃，要与银内电极共烧，需要大幅降低烧结温度。据报道，采用纳米ZnO可以降低压敏陶瓷的烧结温度[5]，但是纳米粉体价格昂贵，而且也不能将压敏陶瓷的烧结温度降低到840℃以下。采用低熔点烧结助剂可以降低陶瓷材料的烧结温度，压敏陶瓷材料组成中的Bi2O3就是广泛采用的烧结助剂，已经将ZnO粉体材料的烧结温度从1400 ℃左右降低到1200 ℃以内。氧化硼的熔点约为450 ℃，可以作为氧化锌压敏陶瓷的烧结助剂，但是氧化硼、硼酸等都会与压敏陶瓷生产过程中用的有机粘结剂发生反应，破坏料浆的流变特性，对成型过程造成很大影响。
本工作尝试采用B4C作为氧化锌压敏陶瓷的烧结助剂，成功将ZnO-Bi2O3基压敏陶瓷材料的烧结温度降低到840℃，制备了微观结构和基本电性能较好的ZnO压敏陶瓷样品。
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