ドナー・アクセプター共ドープした非鉛PTCRデバイスの作製と粒界の電場応答解析

施主-受主共掺杂无铅PTCR器件的制作及晶界电场响应分析

基本信息

批准号：
11F01364
负责人：
武田博明
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01364/
关键词：
非鉛材料粒界構造電場応答

项目摘要

本年度はBaTiO_3-(Bi_<1/2>K_<1/2>)TiO_3 (BT-BKT)セラミックスを作製し、誘電特性および焦電特性評価を行った。その結果、BKT置換量の増加に伴いキュリー点が上昇し、BKT90mol%ではT_mがおよそ380℃を示すことがわかった。しかし、BKT50mol%以上の組成ではリラクサー型強誘電体的振る舞いを示すため、誘電率のピークは周波数に依存しT_cが決定できない。そこで、正確な分極消失温度を検証するため、焦電電流測定を行った。その結果、BKT80mo1%で脱分極温度は300℃に達した。このことからBT-BKTセラミックスで3000℃程度まで動作温度を上げることが可能であることが分かった。この結果を受け、同セラミックスの半導体化およびPTC特性の発現を目指した。BKT5mol%およびBKT10mol%の半導体セラミッスは、低酸素濃度での焼結後の大気アニール処理後、PTC特性を発現した。一方、BKT15mol%およびBKT20mol%の半導体セラミックスでは、大気アニール処理を行わなくてもPTC特性が発現し、BKT20mol%の半導体セラミックスでは動作温度が205℃まで達している。このようにBKT置換により130℃以上の高温で動作する非鉛系PTCRセラミックスが作製できることが示された。さらに、BT-BKT半導体セラミックスの電気伝導特性を比較・検討するために、複素インピーダンス解析を行った。その結果、大気アニール処理することで粒内に表面層が現れ、その表面層がPTC特性に関係することがわかった。さらに、これらの粒界の電場応答解析として、導電モードSEM観察による各粒界での電気的特性評価を行った。粒界には明瞭な電子線誘起電流発生によるコントラストが現れ、二重ショットキー障壁が存在することが確認された。

今年，BATIO_3-（BI_ <1/2> K_ <1/2>）TIO_3（BT-BKT）陶瓷制造并评估了介电和Pyroelectric属性。结果，发现Curie点随BKT取代量的增加而增加，而T_M约为90mol％BKT的380°C。但是，由于BKT的组成为50 mol％或更多，表现出松弛器型铁电行为，因此介电常数的峰取决于频率，无法确定T_C。因此，进行了高电电流测量，以验证准确的极化消失温度。结果，去极化温度达到300°C。以80 mo1％BKT。这表明可以使用BT-BKT陶瓷将工作温度提高到3000°C左右。基于这些结果，我们旨在将陶瓷转变为半导体并开发PTC特征。 5mol％BKT和10mol％BKT的半导体陶瓷在低氧浓度下烧结后大气退火后显示出PTC的特征。另一方面，在具有15 mol％BKT和20 mol％BKT的半导体陶瓷中，在不进行大气退火处理的情况下，可以实现PTC特性，而在具有20 mol％BKT的半导体陶瓷中，工作温度达到205°C。因此，已经表明，BKT取代可以产生无铅的PTCR陶瓷，该陶瓷在130°C或更高的高温下运行。此外，进行了复杂的阻抗分析，以比较和检查BT-BKT半导体陶瓷的电导率特性。结果，发现表面层通过退火处理出现在晶粒内，并且表面层与PTC特性有关。此外，作为对这些晶界的电场响应的分析，通过传导模式SEM观察评估了每个晶界处的电气特性。在晶界观察到了由电子束诱导的电流产生引起的明显对比，并证实存在双肖特基屏障。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

大気中での非鉛高温チタン酸バリウム系半導体の作製

空气中无铅高温钛酸钡半导体的制备

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
武田博明;堆仁美;杉山裕武;ズベアA. モハメド;保科拓也;鶴見敬章
通讯作者：
鶴見敬章

CaドープによるBaTiO_3-(Bi_<1/2>A_<1/2>)TiO_3 (A=Na, K)半導体セラミックスの作製

Ca掺杂制备BaTiO_3-(Bi_<1/2>A_<1/2>)TiO_3(A=Na,K)半导体陶瓷

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
武田博明;堆仁美;杉山裕武;ズベアA. モハメド;保科拓也;鶴見敬章
通讯作者：
鶴見敬章

CaO添加BaTiO_3-(Bi_<1/2>Na_<1/2>)TiO_3セラミックスの半導体化プロセス分析

添加CaO的BaTiO_3-(Bi_<1/2>Na_<1/2>)TiO_3陶瓷的半导体工艺分析

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. A. Zubair;H. Takeda;C. Leach;R. Freer;T. Hoshina;and T. Tsurumi;武田博明・堆仁美・立石貴志・ズベア A.モハメド・保科拓也・鶴見敬章
通讯作者：
武田博明・堆仁美・立石貴志・ズベア A.モハメド・保科拓也・鶴見敬章

Bulk response and grain boundary microelectrical activity of high T_c BaTiO_3-(Bi_<1/2>K_<1/2>)TiO_3-based positive temperature coefficient of resistance ceramics

高T_c BaTiO_3-(Bi_<1/2>K_<1/2>)TiO_3基正电阻温度系数陶瓷的体响应及晶界微电活性

DOI：
10.1557/jmr.2013.282
发表时间：
2013
期刊：
Journal of Materials Research
影响因子：
2.7
作者：
Mohammad A. ZUBAIR;Hiroaki TAKEDA;Colin LEACH;Robert FREER;Takuya HOSHINA;Takaaki TSURUMI
通讯作者：
Takaaki TSURUMI

Origin of semiconducting behavior of CaO added BaTiO_3-(Bi_<1/2>Na_<1/2>)TiO_3 ceramics

添加CaO的BaTiO_3-(Bi_<1/2>Na_<1/2>)TiO_3陶瓷半导体行为的起源