功能陶瓷电介质陶瓷和绝缘陶瓷高介半导体电介质陶瓷.ppt

半导体电介质陶瓷 完 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2 半导体陶瓷介质及其电容器 阻挡层型 当半导体表面淀积一层金属。形成金属-半导体接触时，可根据二者功函数的大小有欧姆接触、中性接触和阻挡层三种接触形式。 对于N型半导体而言，当金属的功函数大于半导体功函数时，为阻挡层接触。这时半导体中的电子进入金属界面，形成正电荷积累的空间电荷区(即阻挡层)，同时产生自建电场并其有表面势垒。随着外加偏压极性和大小改变，空间电荷及势垒宽度发生变化，其势垒电容效应构成了阻挡层电容。 通常BaTiO3半导瓷的电极为氧化气氛中的烧渗银层。如果在瓷片两面均制作阻挡层，则可作为无极性电容器应用于交流电路中。这是一种低电压大容量电容器。 2 半导体陶瓷介质及其电容器 阻挡层型：利用金属电极与半导体陶瓷的表面形成很薄接触势垒层作为介质层； 氧化层型：利用在半导体陶瓷的表面上通过适当的氧化形成0.01~100μm的绝缘层作为介质层。 这两种介质都是以半导体陶瓷的表面层作为介质层的，又称为表面层型。这样利用了铁电陶瓷的很高的ε，有效地减薄了介质层厚度，是制备微小型陶瓷电容器的有效途径。 表面型半导体陶瓷电容器 表面型电容器的显微结构为晶粒半导而表面为高阻介质层。整个结构相当于电容器的串联。由于介质层的电阻远大于半导体瓷的电阻，因此两个介质层承担主要的压降，半导体瓷的压降可忽略不计。 C C R 以BaTiO3为主 表面绝缘化 体内半导化 优点： 比体积电容大 工艺简单，价廉 缺点： 介质损耗偏大 工作电压偏低 绝缘电阻较小 电容随温度变化大 制备工艺： 1280～1350℃烧成 1000～1100℃还原处理 900～950℃大气中再氧化 表面型半导体陶瓷电容器 晶界层（BL）半导体陶瓷电容器 BL电容器是利用陶瓷中的晶界效应。 显微结构为晶粒半导而晶界为高阻绝缘层(0.5～2μm )。整个结构相当于许多电容器的串联和并联。使整个晶界层陶瓷的ε非常高。 G B CG CB RG RB SrTiO3为主 G B 2 半导体陶瓷介质及其电容器 晶界电阻RB＞＞晶粒电阻RG时，可用串联模型 设比容为C（单位面积的容量） 又设 为晶界厚度 为原材料（BaTiO3）的介电系数 ，又设晶粒直径为d，材料总厚度D 一般 ，则 晶界层电容器的视在（表现）介电系数 将 代入得 设l=1μ，d=50μm，εb=1000（一般为2000～3000）得ε0=50000， 可见晶界层电容器视在系数很大。 BL电容器的制备工艺： 与普通陶瓷电容器大致相同，差别仅在于晶界绝缘化工艺。 首先在BaTiO3或（Ba，Sr）TiO3中进行半导掺杂（Nb、Y、La、Dy），第一次烧结使其形成n型半导晶粒（n）。然后在瓷表面涂上高温下形成玻璃相的氧化物（Pb、Mn、Cu、Bi、B的氧化物），进行第二次烧结，涂覆的氧化物沿开口气孔和晶界迅速扩散渗透到陶瓷内部，此时液相扩散进入晶界，形成绝缘层（i），构成nin结构。 晶界上形成薄薄的ρv可达1012～1013Ω·cm固溶体绝缘层，尽管陶瓷的晶粒内部仍为半导体，但是整个陶瓷体表现为ε高达(2～8)×104，甚至更高的绝缘体介质。 也可以在第二次氧化烧结时，在晶界形成化学的氧吸附及金属空位（锶空位），从晶界向晶粒表面扩散，在晶粒表层形成高空位浓度的受主态或界面补偿态。 i：绝缘晶界层 c：晶粒表面抵消层 n：半导化晶粒 BL电容器能带图 2 半导体陶瓷介质及其电容器 晶界层型应用 ε很高、抗潮性良好、可靠性高。与普通陶瓷电容器比较其ε随温度的变化较平缓、工作电场强度较高，是一种比较适宜的宽带(约1GHz)旁路电容器。 晶界层型制备工艺流程 * * * 施主掺杂剂 消除受主杂质对半导化毒害和促进陶瓷材料半导化。 用途 彩电、激光器、雷达、电子显微镜、X光机及各种测试仪器的倍压电源电路、交流电断路器等中高压电器线路，军事天线的发射及接收设备。 额定直流工作电压： 常规MLCC：50~200V 高压MLCC：0.5~20kV 反铁电陶瓷制造的储能电容器具有储能密度高和储能释放充分的突出特点。反铁电陶瓷还可用来制作高压电容器、高介电容器、陶瓷电阻等。 3 反铁电介质陶瓷（PbZrO3） 领域 用途 具体设备和系统