способ получения полупроводникового керамического материала на основе титана бария, легированного ниобием

Формула изобретения

Способ получения полупроводникового керамического материала на основе титаната бария, легированного ниобием, включающий мокрое смешивание сырьевых компонентов в количествах, соответствующих стехиометрическому составу твердого раствора, их предварительный обжиг, измельчение спека мокрым способом и введение легирующей добавки, отличающийся тем, что в качестве легирующей добавки используют раствор пентаметилата ниобия в метаноле в количестве, соответствующем составу твердого раствора, отвечающего общей химической формуле BaTi_1-xNb_xO₃, где x 0,1 0,2 ат. и при последующем очередном перемешивании добавляют раствор аммиака.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления терморезисторов с положительным коэффициентом сопротивления (ПТКС) позисторов.

Известен способ получения полупроводникового керамического материала для терморезисторов с ПТКС путем смешивания сырьевых компонентов, предварительного обжига, измельчения спека мокрым способом и введения легирующих добавок во время измельчения в виде оксидов редкоземельных элементов или ниобия, сурьмы, висмута, иттрия (см. Сб. Полупроводники на основе титаната бария (перевод с японского). М. Энергоиздат, 1982, с. 171-176).

Известен также способ получения полупроводникового керамического материала на основе титаната бария по патенту Японии N 55-16521, когда вместе с легирующей добавкой (или после нее) на стадии мокрого помола спека вводят дополнительно оксиды марганца и кремния.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является известный способ получения полупроводникового керамического материала для терморезисторов с ПТКС [1] По этому способу готовят смесь оксидов титана (TiO₂), ниобия (Nb₂O₅) и углекислого бария (ВаСО₃), взятых в соотношении соответственно составу твердого раствора BaTi_1-xNb_xO₃, где х 0,001-0,005 ат. путем мокрого размола и перемешивания в шаровой мельнице, затем проводят предварительный обжиг, мокрое измельчение полученного спека.

Однако позисторы в партии одного номинала, изготовленные из известного полупроводникового керамического материала, полученного известным способом, имеют большой разброс электрического сопротивления ₂₀o_C при комнатной температуре, в том числе из-за узкого интервала концентрации легирующего элемента, вызывающего переход титаната бария в полу- проводниковое состояние, невысокие значения максимального ПТКС _Tmax и температурного скачка электрического сопротивления lg .

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом способе производят мокрое смешивание сырьевых компонентов в количестве, соответствующем формульному составу твердого раствора, их предварительный обжиг, измельчение спека мокрым способом и введение раствора пентаметилата ниобия в метаноле из расчета получения твердого раствора вида BaTi_1-xNb_xO₃, где х 0,1-0,2 ат. и в процессе перемешивания добавляют раствор аммиака.

Способ осуществляют следующим образом. В качестве сыpьевых компонентов берут высушенные ВаСО₃ 70,8 мас. и TiO₂ 29,2 мас. Затем их смешивают мокрым способом в шаровой мельнице. После сушки шихту прокаливают на воздухе при температуре 1100-1150^оС в течение 3 ч, полученный спек вновь измельчают тем же способом, при этом вводят в него в качестве легирующей добавки раствор пентаметилата ниобия (Nb(KCH₃)₅ в метаноле, а затем, продолжая перемешивание, добавляют раствор аммиака (NH₄OH). При этом происходит процесс гидролиза и в суспензии шихты накапливается гидроокись ниобия (NbO(OH)₃), равномерно распределенная в перемешиваемом составе.

Были изготовлены несколько керамических полупроводниковых материалов состава BaTi_1-xNb_xO₃, в которых х изменяли от 0,025 до 0,3 ат. Из этих материалов прессовали заготовки для терморезисторов в виде дисков диаметром 10-12 мм и высотой 2-3 мм. Заготовки подвергали окончательному обжигу по известному режиму. Плоские поверхности образцов затем шлифовали и наносили на них медно-никелевые электроды методом испарения в вакууме. Изготовленные терморезисторы подвергали испытаниям по известной методике.

Полученные результаты сведены в таблицу, в которую для сравнения включены характеристики позисторов, изготовленных по способу-прототипу.

Как видно из таблицы, введение в титанат бария легирующей добавки ниобия в количествах от 0,1 до 0,2 ат. обеспечивает получение высоких значений температурного коэффициента сопротивления _Tmax 34,5-40,3% При этом удельное электрическое сопротивление ₂₀o_C материала остается достаточно низким (2,4-3,8)10¹ Омм, а скачок удельного электрического сопротивления lg повышается до 3,2-3,9, т.е. вдвое, по сравнению с прототипом. Введение ниобия в количествах меньше 0,1 ат. и больше 0,2 ат. приводит к резкому увеличению удельного электрического сопротивления ₂₀o_C и к исчезновению положительного температурного коэффициента сопротивления _T, а также к уменьшению разброса величины номинального электрического сопротивления позисторов, что позволяет увеличить выход годных позисторов.