[发明专利]一种巨介电-非线性低压压敏双功能陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及电子信息元器件中的巨介电压敏、非线性压敏材料领域。

背景技术

多功能介电材料是以电子器件的小型化和高速化为特征的微电子技术升级换代的关键材料。巨介电压敏双功能陶瓷材料是指陶瓷材料兼有巨大的介电常数（                                               ）和非线性压敏电阻效应（即非线性伏安特性，指材料的电阻对电压敏感，在一定的电压电流范围内材料的电阻随着电流变化）。随着微电子行业的飞速发展，电子器件的集成度不断提高，电子设备向集成化、小型化、多功能化发展，各种电子元件的工作电压及耐压值不断地减低，为了实现微电子器件的小型化和集成化同时又要保证这些电子电路安全可靠的运行，降低由于过压、人体放电等电次脉冲干扰对电路造成的影响，我们需要采用巨介电—低压压敏电阻器（一般而言的压敏电压的范围是4.7—68V（电流为1mA））来吸收电路内部或外部的浪涌电压或电流，这就使得低压压敏电阻有着广泛的应用前景和科研价值。目前主要的低压非线性压敏电阻陶瓷主要是ZnO系、TiO₂系 、SrTiO₃系等，对于目前所使用的ZnO系低压压敏电阻而言,其介电常数通常比较低,并且其本身的电容与其对地及周围物体的杂散电容相当, 消除噪音能力差，而且氧化锌压敏陶瓷电阻会因制备工艺和生产和使用的环境等多种原因引起的缺陷造成报废，从而缩短了其使用寿命影响了其正常的使用。TiO₂ 、SrTiO₃ 在半导化后可以作为电容—压敏双功能陶瓷器件,其介电常数通常可达到几千;但其制备工艺相对复杂且不易控制。因此寻找制备工艺简单的、稳定的高介电—低压常数压敏双功能器件对于微电子技术中实现器件小型化和功能一体化具有重要的意义。

2000年Subramanian等人首次在《J.Solid.Stat.Chem》上报道类钙钛矿材料CaCu₃Ti₄O₁₂具有巨大的介电常数和良好的温度稳定性，其潜在的应用前景引起了人们的关注。2004年，Chung等人在《Nat. Mater》上报道，CaCu₃Ti₄O₁₂具备良好的非线性压敏特性，非线性系数达到900，是良好的压敏电阻器件候选材料之一。2006年，Ferrarelli等人在《Appl.Phys.Lett》上报道，在具备类钙钛矿的Bi_0.5 Na_0.5Cu₃Ti₄O₁₂陶瓷中同样观察到具有高介电常数的特性。目前，关于Bi_0.5-x Na_0.5-xBa_2xCu₃Ti₄O₁₂陶瓷及其巨介电—非线性低压压敏电阻特性在国内和国外的文献中均没有记载。

发明内容

本发明的技术问题是提供一种巨介电--非线性低压压敏双功能陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料具有大的介电常数和非线性低压压敏电阻特性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种巨介电--非线性低压压敏双功能陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、向在放有分析纯的钛酸丁酯的第一烧杯中缓慢加入柠檬酸水溶液，同时不停地搅拌形成透明钛离子溶液，加入乙二醇以调节溶液的粘度和使溶液稳定，所得Ti液的浓度为0.5～1.5mol/L，上述分析纯的钛酸丁酯作为Ti离子源，柠檬酸作为络合剂，两者摩尔比为1：1.5～2之间；

步骤二、向放有柠檬酸水溶液的第二烧杯中分别依次加入分析纯的硝酸铜，硝酸钠、硝酸铋、乙酸钡，超声波分散促使溶解，形成透明溶液，各金属离子的总浓度为0.5～1mol/L，上述分析纯的硝酸铜、硝酸钠、硝酸铋、乙酸钡分别作为Cu、Na、Bi和Ba的离子源，柠檬酸为络合剂，柠檬酸比与上述四种金属离子数量之和的摩尔比为1：1～1：1.5；

步骤三、将上述第一、第二烧杯内的两种溶液搅拌混合，用氨水调节pH值为6.5～7.5，混合溶液陈化10～12小时；然后在水浴中80^oC～100^oC将溶液蒸干去除水分，在烘箱中140^oC～160^oC干燥，直至形成黑色干凝胶；