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

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。

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。