ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1997 года по МПК H01C7/02 

Описание патента на изобретение RU2079914C1

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для изготовления позисторов, применяемых в устройствах автоматики контроля и регулирования температуры в электрической мощности.

Известен полупроводниковый керамический материал, содержащий титанат бария и добавку, обуславливающую появление у него полупроводниковых свойств, в качестве которой могут быть использованы оксиды Y, Bi, редкоземельных элементов La-Er и элементов V и VI групп [1]
Однако основные исходные компоненты материала BaCO3 и TO2 должны при этом обладать частотой не менее 99,9% и не должны содержать таких примесей, как оксиды Fe, Mn, K, Na, Mg, Al в количестве более чем 0,01% Этим требованиям в странах СНГ удовлетворяют химические соединения квалификации "особо чистый" (марка ОСЧ), являющиеся дорогими и дефицитными. Как следствие, стоимость позисторных элементов при массовом производстве значительно повышается.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является полупроводниковый керамический материал [2] который получают путем спекания смеси кристаллического порошка титаната бария и порошка стекла состава, мол. 20-50 SiO2, не более 20 Al2O3, не более 30 B2O3 при общем содержании Al2O3+B2O3 5-50 и 10 65 BaO и TiO2 ( в пересчете на BaTiO3, при этом добавка стекла указанного состава составляет 3-50 мас. а кристаллический порошок BaTiO3 составляет 50-97 мас.

Однако ввиду того, что наличие примесей V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Cu, Mg или щелочных металлов препятствует появлению в BaTiO3 полупроводниковых свойств, атомное содержание перечисленных металлов в BaCO3 и TiO2 не должно превышать 0,1% (0,025 мас. в BaTiO3), а общее содержание щелочных металлов не должно превышать 0,05 ат.а (0,007 мас. в BaTiO3).

Изобретение позволяет снизить стоимость изготовления полупроводникового керамического материала для позисторных элементов, а, следовательно, стоимость последних при массовом производстве, при сохранении высоких электрических характеристик.

Указанный технический эффект достигается тем, что полупроводниковый керамический материал, получаемый путем спекания кристаллического порошка BaTiO3, синтезированного из BaCO3 квалификации "чистый" и TiO2 квалификации "чистый для анализа", и порошка стекла, содержащего B2O3 и BaO, P2O5 и WO3 при следующем соотношении компонентов, мас.

B2O3 8,1-9,7
BaO 32,7-33,8
P2O5 39,2-48,0
WO3 8,5-20,0
содержит, мас. кристаллический порошок BaTiO3 91,7-97,5, порошок стекла 2,5-8,3, а WO3 в полупроводниковом материале составляет 0,5-0,7 мас.

Эффект достигается за счет применения в качестве исходных компонентов при синтезе BaTiO3 (как основного элемента позистора) химических реактивов BaCO3 и TiO2 указанной выше квалификации и спекания кристаллического порошка BaTiO3 с порошком стекла указанного состава.

Именно благодаря этому удается снизить стоимость изготовления полупроводниковых позисторов на основе титаната бария при сохранении высоких электрических характеристик, определяющих полупроводниковые свойства материала и позисторов в целом.

Пример выполнения. Для получения полупроводникового керамического материала используют кристаллический порошок титаната бария, интезированный из BaCO3 марки Ч и TiO3 марки ЧДА, содержание примесей в которых регламентируется техническими условиями ТУ 6-09-03-480-80 и ТУ 6-09-2166-77 соответственно. Авторы уточняли содержание примесей оптико-спектральным методом с использованием спектрографа ИСП-28. Были получены результаты, приведенные в табл. 1.

Основные компоненты полупроводникового материала BaCO3 и TiO2, взятые в соотношении мас. BaCO3 70, 77 и TiO2 29, 23, смешивают мокрым способом в барабанной мельнице, футерованной капроланом, с использованием яшмовых шаров в течение 20 часов, сушат до остаточной влажности 10% и прессуют брикеты под давлением 10 МПа. Синтез BaTiO3 проводят в камерной электрической печи при 1150oС в течение 3 часов. Полученный спек дробят и затем измельчают в шаровой мельнице до получения удельной поверхности 4000-5000 см2/г.

Стекла варят из смеси оксидов B2O3, BaO, WO3 и триметафосфата аммония NH4 (PO3)3 в корундовых тиглях при 1400oС в течение 1 часа. Затем расплав отливают на стальную плиту и после охлаждения дробят и измельчают в шаровой мельнице до прохождения через сито N 0047.

Порошки титаната бария и стекла смешивают сухим способом в шаровой мельнице в течение 8 часов, затем добавляют 6%-ный водный раствор поливинилового спирта и из смесей прессуют заготовки позисторных элементов в виде дисков диаметров 12 и высотой 2 мм при давлении 80 МПа. Обжиг элементов проводят в камерной электрической печи в воздушной атмосфере при 1250-1300oС в течение 1,5 часа. Для проведения электрических измерений на плоские поверхности образцов наносят электроды из сплава Ih Ga. Электрическое сопротивление R образцов определяют при напряжении I B с использованием мультиметра B7-21 A. Температурные зависимости R снимают в динамическом режиме со скоростью подъема температры 2oC/мин.

Составы исследованных полупроводниковых керамических материалов и их электрические характеристики приведены в таблице 2.

Как видно из таблицы, добавки стекла состава, мас. B2O3 8,1-9,7, BaO 30,7-33,8, P2O5 39,2-48,0 и WO3 8,5-20,0, введенные в BaTiO3 в количестве 2,5-8,3 мас. так, что содержание WO3 в материале сохраняется в пределах 0,5-0,7 мас. (примеры 4-6, 8-12), позволяет перевести его в полупроводниковое состояние несмотря на сравнительно высокое содержание в нем акцепторных примесей, обычно препятствующих этому. Электрические характеристики заявляемого полупроводникового материала остаются сравнительно высокими и не уступают аналогичным характеристикам материала-прототипа.

При выходе содержания WO3 за указанные пределы удельное электрическое сопротивление резко повышается и материал становится диэлектриком, что находится в полном соответствии с широко известным в литературе (см. Полупроводники на основе титаната бария). Пер. П53 с яп. М. Энергоиздат, 1982 с. 328). Эффект возникает, когда полупроводниковое состояние у BaTiO3 может быть получено только в определенном, достаточно узком интервале концентрации легирующего элемента III, V или VI групп Периодической системы.

Применение для синтеза BaTiO3 исходных компонентов BaCO3 и TiO2 со сравнительно высоким содержанием примесей (марок Ч и ЧДА соответственно), которые являются значительно более дешевыми по сравнению с веществами, применяемыми для синтеза материала-прототипа, позволяет существенно снизить стоимость позисторных элементов при массовом производстве без ухудшения полупроводниковых свойств.

Похожие патенты RU2079914C1

название год авторы номер документа
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ 1993
  • Панич А.Е.
  • Минчина М.Г.
  • Смотраков В.Г.
  • Файнридер Д.Э.
  • Полонская А.М.
RU2081093C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЗИСТОРОВ 1988
  • Раевский И.П.
  • Малицкая М.А.
  • Шпак Л.А.
  • Попов Ю.М.
  • Лисицына С.О.
  • Полтавцев В.Г.
RU1574094C
ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ 1992
  • Смотраков В.Г.
  • Панич А.Е.
  • Полонская А.М.
  • Еремкин В.В.
  • Вусевкер Ю.А.
RU2040506C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИКИ МЕТАНИОБАТА ЛИТИЯ 1991
  • Смотраков В.Г.
  • Панич А.Е.
  • Еремкин В.В.
  • Полонская А.М.
  • Вусевкер Ю.А.
RU2017700C1
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА 1993
  • Смотраков В.Г.
  • Полонская А.М.
  • Вусевкер Ю.А.
  • Панич А.Е.
  • Еремкин В.В.
  • Кудинов А.П.
  • Гориш А.В.
  • Гришин В.М.
RU2067567C1
ВИБРОГИРОСКОП 1997
  • Панич А.Е.
  • Житомирский Г.А.
RU2123219C1
ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО 1993
  • Житомирский Г.А.
  • Панич А.Е.
RU2047199C1
ВИБРОДВИГАТЕЛЬ 1995
  • Житомирский Г.А.
  • Панич А.Е.
RU2113050C1
ИСПОЛНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО РАСТРОВОГО МИКРОСКОПА 1996
  • Житомирский Г.А.
  • Панич А.Е.
RU2114493C1
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА 2003
  • Смотраков В.Г.
  • Еремкин В.В.
  • Цихоцкий Е.С.
RU2259973C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 079 914 C1

Реферат патента 1997 года ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано, в частности, для изготовления позисторов. Полупроводниковый керамический материал, получен спеканием кристаллического порошка BaTiO3, синтезированного из BaCO3 квалификации "чистый" и TiO2 квалификации "чистый" для анализа, и порошка стекла, содержащего B2O3 и BaO. Стекло дополнительно содержит P2O5 и WO3 при следующем соотношении компонентов, мас. %: B2O3 8,1-9,7; BaO 32,7-33,33,8; P2O5 39,2-48,0; WO5-8,5-20,0. Полупроводниковый материал содержит, мам. %: кристаллический порошок BaTiO3 91,7-97,5; порошок стекла 2,5-8,3, а WO3 в полупроводниковом материале составляет 0,5-0,7 мас.% Изобретение позволяет снизить себестоимость материала. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 079 914 C1

Полупроводниковый керамический материал, полученный спеканием кристаллического порошка BaTiO3, синтезированного из BaCO3 квалификации "чистый" и TiO2 квалификации "чистый для анализа", и порошка стекла, содержащего B2O3 и BaO, отличающийся тем, что стекло дополнительно содержит P2O5 и WO3 при следующем соотношении компонентов, мас.

B2O3 8,1 9,7
BaO 32,7 33,8
P2O5 29,2 48,0
WO3 8,5 20,0
полупроводниковый материал содержит, мас.

Кристаллический порошок BaTiO3 91,7 97,5
Порошок стекла 2,5 8,3
WO3 0,5 0,7щ

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2079914C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Полупроводники на основе титаната бария
- М.: Энергоиздат, 1982, с.34-42, 117-120, 171-178
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Приспособление для автоматической односторонней разгрузки железнодорожных платформ 1921
  • Новкунский И.И.
SU48A1
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1

RU 2 079 914 C1

Авторы

Вусевкер Ю.А.

Гольцов Ю.И.

Панич А.Е.

Шпак Л.А.

Даты

1997-05-20Публикация

1994-08-02Подача