Главная Промышленные терморезисторы



цессов изготовления терморезисторов используют обычно три, з иногда четыре многовалентных оксида металлов. Кроме того, по ложение осложняется тем, что режимы спекания не всегда длятс? в течение времени, которого достаточно для завершения всех химических реакций, или тем, что окружающий воздух далеко не идеален для получения стехиометричеоких составив по отношению к содержанию кислорода. Поэтому нет ничего удивительного в том, что в существующей литературе отсутствует подробная информация о химической природе проводимости материалов терморезисторов.

1.4. Физические основы проводимости

Взяв за основу известную теорию проводимости монокристаллических полупроводников, можно воспользоваться полуколпчест-венным подходом для объяснения электронных свойств оксидных полупроводников н, iB частности, температурой зависимости удельного сопротивления.

Проводимость полупроводниковых материалов я-типа с отрицательным ТКС, возникающая в результате прыжковой проводимости, обусловленной колебаниями решетки, определяется из выражения

oNe]x, (1.2)

где - концентрация носителей заряда, ом~; \i - подвижность, см/В-с; е - заряд электрона, Кл.

Значение определяется плотностью В-положений в решетке и вероятностью Ра того, что находящийся в данном В-положении катион способен отдавать электрон. Следовательно,

ЛГ=-, (1.3)

где а И с ~ параметры элементарной ячейки, см.

Подвижность х зависит от тем.пературы и определяется из выражения

кт -

где d - расстояние между ближайшими катионами в В-положе-ниях; v - частота тепловых колебаний решетки; q - энергия активации процесса прыжковой проводимости; k - постоянная Больц-мана; Т - абсолютная температура, К.

Выражение (1.4) является приближенным, так как на самом деле не все места, Смежные с катионами доноров, заняты катио-нами акцепторов. Поэтому истинная подвижность равна РаЦ, где Ра - вероятность нахождения катионов акцепторов в соседних В-положениях.



Комбинируя уравнения (1.2), (1.3) и (1.4) с учетом поправки на подвижность, можно написать следующее выражение для проводимости: \

(1.5)

Для структуры шпинели это выражение можно упростить, так jjgj d=(a 12)/4 и, следовательно, d=2al\Q. Тогда уравнение (1.5) примет вид

2.vexp(-,/.r) (jg)

Если предположить, что температурная зависимость ;проводи-мости нооит чисто экспоненциальный характер, то

aaexi-q/kT), (1.7)

где проводимость при бесконечно большой температуре

о==Р,Р/. (1.8)

Для терморезисторов большее практическое значение имеют удельное сопротивление р и, следовательно, сопротивление материала, поэтому выражение (1.7) удобнее решать относительно р:

p = pexp(( feT), (1,9)

1 скТ ,, ,

Ооо Ра Pd в V

Для реальных терморезнсторов обычно строятся зависимости Ig р от 1/Г, которые представляют собой прямые линии, удобные для практических расчетов. Тщательный анализ этих зависимостей показывает, что зависимости становятся более линейными, если в расчетах роо принимается постоянной величиной. В [13] показано, что хорошее согласование с практичеакимн данными дает следующее эмпирическое соотношение:

р=р,,оехр-?-, (1-11)

где 6 - небольшая температурная поправка, К-

1.5. Стабильность

Для потребителя терморезнсторов решающее значение приобретают два фактора. Во-первых, приборы должны отвечать паспортным данным и предъявляемым к ним механическим требованиям. Во-вторых, терморезисторы должны сохранять свои начальные параметры на протяжении всего срока службы в эксплуатации. Ранее уже отмечалось, что одним из недостатков первых образцов терморезнсторов была низкая стабильность, т. е. ухуд-



шение их параметров в процессе эксплуатации Эта нестабильное или старение материала наиболее отчетливо проявляется в пост пенном изменении сопротивления терморезисторов при данис температуре При этом было обнаружено, чго нестабильность ув личивается с ростом рабочей температуры терморезисторов Н протяжении всех лет развития технологии изготовления термор( зисторов скорость старения приборов постоянно снижалась, та что современные приборы имеют гарантированную высокую сте бтьность

Можно сказать, что прогресс в повышении стабильности бы почти несомненно достигнут в результате совершенствования тех пологий, в том числе улучшения чистоты исходных материалов совершенствования методов их перемешивания, более тщательного контроля температурных режимов спекания и т д Хотя некото рые фундаментальные исследования были выполнены самими из готовителями терморезисторов, в литературе по данному вопросу это не нашло достаточного отражения Иаключение составляет работа [14], в которой приводятся практические результаты, ка; сающиеся некоторых типов бусинковых и стержневых термсрезИ сторов, работающих за пределами, установленными для них изго-товителями Наблюдаемые значительные изменения сопротивления объяснялись распространением микротрещин в керамическом материале, которое происходит лавинообразно и заканчивается разрушением тела терморезистора Так как процесс старения в нормальных условиях достаточно редко приводит к образованию видимых трещин, то приведенное объяснение вряд ли является верным

Для выяснения механизма старения прежде всего необходимо точно определить то место в терморезисторе, где происходит из- менение сопротивления Практические испытания на старение показали, что дисковые и стержневые терморезисторы, снабженные выводами и без них, имеют почти одинаковую скорость старения, что указывает на отсутствие влияния припоя и проволочных выводов на изменение сопротивления Таким образом, возможными причинами старения остаются только сам полупроводниковый ма-териат и контакт металл-полупроводник.

До настоящего времени нет прямого метода, с помощью которого можно было бы однозначно установить, что контакт металл- полупроводник не является причиной изменения сопротивления, ибо для проведения электрических измерений требуется какой то контакт Однако, чтобы исключить эту область как одну из основных причин возникновения нестабильности, можно воспользоваться целым рядом косвенных методов, к которым, в частности,, относятся

1) использование в качестве электродных материалов различных со{етаний из благородных металлов или их сплавов Полученные результаты по старению свидетельствуют о том, что природа контактов не сказывается на стабильности, если только эти контакты омические, а не выпрямляющие,



0 1 2 3 4 [5] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67


0.0431