チタン酸バリウム単一粒界の正の抵抗温度係数効果とドメイン構造形態の関係の解明

钛酸钡单晶界正电阻温度系数效应与畴结构形貌关系的阐明

基本信息

批准号：
07650789
负责人：
桑原誠
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

チタン酸バリウム半導体セラミックスはその強誘電性に基づく、特異な粒界電子物性である顕著な正の抵抗温度係数(PTCR)特性をキュリー点以上で示すことが良く知られており、このPTCR特性を応用した様々な電子デバイスが既に広く用いられるているが、さらに新規なPTCRデバイスの開発にはこの効果の発現機構についての完全な理解が不可欠である.機構については、これまでHeywangにより提出されたキュリー点以上での誘電率の温度依存性に基づく粒界障壁層モデルで説明されるとされてきたが、不十分な点も多くPTCR効果の完全な理解には至っていなかった.研究代表者らは本研究課題において、チタン酸バリウム半導体単一粒界の形成とそのPTCR特性の解析によりPTCR効果の発現機構を解明するための実験を行い、所期の成果を得たのでその概要を記す.1.半導体化元素(La)を添加したチタン酸バリウム粉体を用い、ドクターブレ-ド法により厚さ20〜50μmのセラミックシートを作製し、それを20〜50μm幅の細線状に切断後、焼成することにより、20〜50μmの半導体単一粒子が直列に結合したチタン酸バリウム半導体試料を得た.2.上記細線状チタン酸バリウム半導体試料における単一粒界の抵抗率-温度及び誘電率-温度特性を測定し、チタン酸バリウム半導体セラミック中の粒界は基本的に典型的に3つの型(通常、鋸歯状及び平坦型)のPTCR特性を示すことが明確に示された.また、誘電率測定からいずれの型のPTCR特性を示す粒界も基本的に同じ誘電率-温度特性を示すことを見いだし、PTCR機構に対するHeywangモデルには修正が必要であることを初めて実験的に明らかにした.3.偏光顕微鏡下でクロスニコルを用いたドメイン観察とPTCR特性の同時測定により、上記3つの型のPTCR特性を与える粒界において隣接2粒子の粒界部でのドメイン形態に一定の規則性があることを見いだした.即ち、平坦型(PTCR特性を示さない)では隣接2粒子の粒界部での自発分極軸の方向は同じであり、鋸歯状型のPTCR特性を与える粒界の隣接2粒子の分極軸は互いに90°の関係にある可能性が極めて高く、さらに通常の型のPTCR特性を与える粒界の分極軸の方向はこれらの中間の状態のあると結論された.これよりPTCR効果の発現機構として、誘電率というより自発分極の温度依存性が直接関与している可能性を明確にすることができた.

众所周知，钛酸钡半导体陶瓷在居里点以上表现出显着的正电阻温度系数（PTCR）特性，这是一种基于其铁电性的独特晶界电子特性。完全理解这种效应发生的机制对于TCR器件的开发至关重要。关于该机制，Heywang提出了基于居里点以上介电常数的温度依赖性的晶界势垒层模型。对于PTCR效应的充分解释还有很多不足之处。在该研究项目中，主要研究人员通过在钛酸钡半导体中形成单晶界并分析其PTCR特性来阐明PTCR效应的机理，以下是该期间获得的结果的总结。添加半导体元素(La)使用钡粉，采用刮刀法制备厚度为20～50μm的陶瓷片，将其切成宽度为20～50μm的细丝，然后烧成形成20～50μm的半导体单颗粒。得到将上述细线钛酸钡串联连接而成的钛酸钡半导体样品。我们测量了钛酸钡半导体样品中单个晶界的电阻率-温度和介电常数-温度特性，发现钛酸钡半导体陶瓷中的晶界通常分为三种类型（通常是锯齿形和平坦的），并且清楚地显示出PTCR。此外，介电常数测量表明两种类型的 PTCR 特性我们发现晶界表现出基本相同的介电常数-温度特性，并首次通过实验阐明了PTCR机制的Heywang模型需要修改。 3.偏光显微镜下的交叉尼科尔通过域观察和同时测量PTCR。特点，对以上三类PTC进行了鉴定。我们发现，在晶界处的两个相邻晶粒之间的晶界形貌存在一定的规律性，这赋予了R特性。换句话说，在扁平型（不表现出PTCR特性）中，在晶界处两个相邻晶粒之间，自发极化轴的方向得出的结论是，存在90°关系的可能性非常高，并且给出普通型PTCR特性的晶界极化轴方向处于这两者之间的中间状态。由此可知结论是PTCR效应的机制是：我们能够澄清直接涉及自发极化的温度依赖性而不是介电常数的可能性。