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            BaTiO3半導(dǎo)瓷PTC效應(yīng)的基本原理

    1.1.1 BaTiO3半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)
    BaTiO3陶瓷是一種典型的鐵電材料。常溫下其電阻率大于1012Ω.cm,相對(duì)介電常數(shù)可高達(dá)104， 是一種優(yōu)良的陶瓷電容器材料。在這種陶瓷材料中引入微量稀土元素，如La、Nb...等，可使其電阻率下降到10Ω.cm以下，成為良好的半導(dǎo)體陶瓷材料。這種材料具有很大的正電阻溫度系數(shù)，在居里溫度以上幾十度的溫度范圍內(nèi)， 其電阻率可增大4~10個(gè)數(shù)量級(jí)，即產(chǎn)生所謂PTC效應(yīng)。見圖1.1.1，具有該性質(zhì)的材料通常稱為PTC材料。

 圖1.1.1 BaTiO3半導(dǎo)瓷的電阻—溫度特性曲線

    BaTiO3半導(dǎo)瓷的這種PTC效應(yīng)，是一種晶界效應(yīng)，即只有多晶BaTiO3陶瓷材料才具有這種特性，而且只有在施主摻雜的情況下，材料才呈現(xiàn)PTC效應(yīng)。利用雙探針測(cè)微器可以直接觀察晶粒和晶界的電阻—溫度特性，從而證實(shí)了上述理論。見圖1.1.2

                              

                                   1-單個(gè)晶界；2-單個(gè)晶粒；3-PTC陶瓷
                                    圖1.1.2 單個(gè)晶粒和晶界阻-溫特性

    PTC效應(yīng)與晶格結(jié)構(gòu)、組分、雜質(zhì)濃度和種類及制備工藝等因素有關(guān)，在材料制備過程中必須嚴(yán)格控制工藝條件，此外在元器件的使用過程中也須注意使用條件，以便達(dá)到物盡其用的目的。

    1.1.2 PTC效應(yīng)的原理
     對(duì)于BaTiO3半導(dǎo)瓷的這種PTC效應(yīng)，有多種理論模型予以解釋，較為成熟并為多數(shù)研究者承認(rèn)的有海望Heywang提出的表面勢(shì)壘模型和丹尼爾斯Daniels等人提出的鋇缺位模型。
    簡(jiǎn)略的講，海望模型把產(chǎn)生PTC效應(yīng)的原因歸結(jié)為在多晶BaTiO3半導(dǎo)體材料的晶粒邊界，存在一個(gè)由受主表面態(tài)引起的勢(shì)壘層，材料的電阻率是由晶粒體電阻和晶粒表面態(tài)勢(shì)壘兩部分組成，隨著溫度的上升， 材料的電阻率將出現(xiàn)幾個(gè)數(shù)量級(jí)的變化。
    利用海望模型可以解釋許多與PTC效應(yīng)有關(guān)的試驗(yàn)現(xiàn)象，許多年來一直被認(rèn)為是該領(lǐng)域內(nèi)具有權(quán)威性的理論，但仍有許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無法解釋。丹尼爾斯等人利用缺陷化學(xué)理論在研究了BaTiO3半導(dǎo)體缺陷模型的基礎(chǔ)上， 提出了晶界及表面鋇缺位高阻層模型。