
- •Введение.
- •Терморезисторы с отрицательным ткс. Основные характеристики терморезисторов.
- •Основные параметры и характеристики тр прямого подогрева.
- •Материалы, применяемые для изготовления тр с отрицательным ткс.
- •Электропроводность в системах оксидов марганца, кобальта, никеля и меди.
- •Электропроводность в двойных системах.
- •Электропроводность в тройных системах.
- •Основы технологии изготовления тр с отрицательным ткс на основе смесей оксидов марганца, кобальта, никеля и меди.
- •Постоянные резисторы и чип-терморезисторы. Материалы и пасты для их изготовления.
- •Подложки.
- •Органические связующие в пастах.
- •Применение тр с отрицательным ткс в современной технике.
- •Выводы.
Основные параметры и характеристики тр прямого подогрева.
В ТР прямого подогрева сопротивление изменяется или под влиянием тепла, выделяющегося в них при прохождении электрического тока, или в результате изменения температуры окружающей среды.
Основными характеристиками ТР являются:
Температурная характеристика: зависимость сопротивления ТР от температуры, выражаемая соответствующей зависимостью.
Номинальное сопротивление: сопротивление ТР при определенной температуре окружающей среды (обычно при 20...25С).
Коэффициент
температурной чувствительности:
коэффициент в показателе экспоненты
температурной характеристики ТР.
Значение этого коэффициента, зависящие
от свойств материала ТР, практически
постоянно для данного ТР в рабочем
диапазоне температур и для различных
типов ТР, находится в пределах от 700К до
5000К. Коэффициент температурной
чувствительности может быть найден
экспериментально путем измерения
сопротивления при температурах
и
:
(5)
ТКС: показывает относительное изменение сопротивления ТР при изменении температуры на 1С:
(6)
ТКС зависит от температуры:
(7)
Материалы, применяемые для изготовления тр с отрицательным ткс.
Известно, что некоторые соединения (ZnO, NiO, Cu2O) часто имеют неточный стехиометрический состав; у них избыток катионов или анионов, что существенно влияет на диэлектрические (д/э) свойства этих материалов, в частности, на проводимость. Чистый оксид никеля (NiO) является довольно хорошим изолятором. Из-за избытка атомов кислорода в кристаллической решетке, NiO приобретает свойства п/п. Проводимость нестехиометрического NiO возрастает в результате перемещения (перескока) заряда от Ni3+ к Ni2+ по схеме:
Ni13+ + Ni22+ = Ni12+ + Ni23+
Однако проводимость нестехиометрического NiO имеет плохую воспроизводимость и она нестабильна при многократных температурных воздействиях. Для повышения воспроизводимости резистивных свойств, в NiO добавляют оксид лития (Li2O) и производят спекание смеси оксидов при высоких температурах (1300С...1400С) на воздухе. Получаемый при этом смешанный кристалл NiO–Li2O имеет тем большую проводимость, чем больше Li2O содержится в выбранной смеси оксидов. Полученную по керамической технологии смесь оксидов лития и никеля использовали качестве одного из первых материалов для изготовления ТР с отрицательным ТКС [2].
Позднее для изготовления ТР с отрицательным ТКС стали использовать системы различных 3d-оксидов, между которыми в процессе термического синтеза образуются соединения с высокой электропроводностью. Исходные компоненты подбирают таким образом, чтобы циклы термообработки производились только в нормальной атмосфере, что облегчает обеспечение стабильной работы таких ТР в воздушной среде без специальных мер защиты от окисляющего действия кислорода.
Для изготовления ТР, рассчитанных на работу в среднем диапазоне рабочих температур, во многих странах получили наибольшее распространение двойные и тройные системы оксидов марганца, кобальта, никеля и меди [1].
Электропроводность в системах оксидов марганца, кобальта, никеля и меди.
Электропроводность в двойных системах.
В системе MnO–CuO шпинель CuMn2O4 с высокой электропроводностью в чистом виде образуется в исходном составе смеси оксидов с величиной атомного соотношения Cu:Mn = 0,5. Монофазную кубическую шпинель CuMn2O4 получали при обжиге шихты в нормальной атмосфере в течении 15...20 часов в интервале температур 850...950С с последующей закалкой на воздухе. Медленное охлаждение приводило к частичному распаду шпинели и появлению в материале Mn2O3 фазы кубической модификации. При обжиге составов, близких к CuMn2O4, при температурах выше 1000С происходит диссоциация шпинели CuMn2O4 с выделением O2:
12 CuMn2O4 = 6 Cu2Mn2O5 + 4 Mn3O4 + O2
Температурные зависимости проводимости материалов в системе MnO–CuO, где шпинель CuMn2O4 является основной или единственной кристаллической фазой, приведены на Рис. 1.
Судя по характеру температурных зависимостей электропроводности материалов в системе MnO–CuO в широком интервале температур от 200К до 1000К, по-видимому, наблюдается один и тот же механизм электропроводности. Увеличение электропроводности на 5...6 порядков свидетельствует об очень большой концентрации носителей заряда. Подвижность носителей заряда так же резко возрастает с температурой.
В системе MnO–CoO можно выделить образование двух химических соединений: CoMn2O4 со структурой типа кубической шпинели и MnCo2O4 со структурой тетрагонально искаженной шпинели. Между MnO и CoO образуется непрерывный ряд твердых растворов в зависимости от режима термического синтеза. Шпинели CoMn2O4 и MnCo2O4 находятся в этом ряду.
Электропроводность составов в системе MnO–CoO значительно ниже электропроводности составов в системе MnO–CuO.
В системе CoO–NiO в зависимости от условий синтеза образуется серия шпинелей, включающих NiCo2O4. Состав образующихся шпинелей выражается общей формулой: NixCoyO4, где x – изменяется от 0,52 до 1,2 , а y– от 1,8 до 2,48.
Электропроводность Co–Ni полупроводников немного ниже электропроводности Cu–Mn полупроводников. Электропроводность, например, состава, содержащего 25 ат.% Ni в смеси NiO–CoO, составляет после отжига 10-2 Ом-1См-1 при комнатной температуре [2].