Abstract
本文主要探討利用溶膠凝膠法與溶液沉澱法製備(Ba,Bi,Nb,Mn)微量添加元素之二氧化鈦陶瓷變阻器，結果發現SPC粉末之非線性特性較一般傳統之陶瓷製備法MOC粉末，有明顯之提升，而其他特性則相差不多。至於另一種製法之SGC粉末，則在 1350℃以上燒結時，有明顯異常晶粒成長現象、性質劣化。二氧化鈦變阻器與氧化鋅變阻器相比，雖然非線性指數較低，但有效介電常數較高，且崩潰電壓較低，在特殊應用場合，如高頻突波吸收等，有其特別的需求，因此值得加以研究。以往的實驗發現二氧化鈦原料來源改變時，性質亦隨之改變，此可能導因於原料之純度或粉末粒度等問題，因此本文利用溶凝膠法製備粉末，探討高純度對二氧化鈦變阻器的影響。粉末之結晶大小利用XRD峰半高寬測得分別為10nm (SGC)，12nm (SPC) 以及90nm(MOC)。而粉末之粒度分佈由沉降法測量結果：SGC與SPC大約為1μm而MOC為2μm左右。三種粉末燒結後之XRD非常類似，除了rutile主結晶相外，1150℃有少量 Bi2Ti2O7，1250℃有少量BaTi4O9及Bi2Ti2O7，1350℃則僅有微量之Bi2Ti2O7，1450℃時則為微量之未知相。經由EPMA分析，白色相以Bi為主，而灰色相以Ba為主。即使在1350℃，XRD見不到二次相，微結構仍有二次相，顯見係以非晶態存在。晶粒大小，SPC與MOC非常接近，而SGC則較大，且在1350℃以上有明顯之異常晶粒成長。基本電性，由I-V測試並經計算可得非線性指數及崩潰電壓。SPC對溫度之趨勢與MOC同，但非線性指數值提升很多，而崩潰電壓則兩者相近。SGC之行為與其餘兩者稍為不同，可能係異常晶粒成長所致。活化能係由直流電阻對測量溫度倒數之斜率計算而得。顯示SPC之活化能最高，變化情形與非線性指數非常接近。有效介電常數，SPC與MOC非常接近，大約在10,000左右(1350℃)。晶界空乏區， SPC遠較MOC大，40－100nm。此外，SPC製程粉末中添加少量Mn後，I-V曲線，計換之α值為9.2(Mn=0)，12.4(0.005%Mn)， 11.7(0.01%Mn)，1(0.02%Mn)，Mn加至0.02 mole%時已變為近似絕緣體。由上述結果可見，SPC粉末在非線性性質上均較微觀結構相近之MOC好，此可能來自於純度，微量添加元素之分佈或者較細結晶有關。但依數據看來，似乎以純度影響最為可能，至於SGC粉末由於在1350℃以上產生了異常晶粒成長，所以性質急速劣化。