[发明专利]在基于氧化锡的半导体陶瓷中使用B2O3以减小其中的漏电流并可稳定其电性能

说明书

技术领域

本发明涉及在基于氧化锡的半导体陶瓷(也就是包含氧化锡作为基体 金属氧化物)中使用氧化硼B₂O₃以减小漏电流和可稳定电性能。

更具体地，本发明涉及在包含以氧化锡为基体金属氧化物的半导体陶 瓷中使用氧化硼B₂O₃以稳定上述半导体陶瓷的电性能和减小其漏电流。

一般地，本发明的技术领域可以限定为那些由金属氧化物构成的半导 体陶瓷，更确切地是，由作为基体金属氧化物的氧化锡SnO₂和一种或多 种掺杂剂金属氧化物构成的半导体陶瓷。

这种半导体陶瓷，不论是固体还是以薄层的形式，都是专门用来制备 那些与电压成非线性关系的电阻器，和专门用在低、中和高压避雷器或限 压元件中的变阻器，例如与电子或电气装置相连接的那些。

那些与电压成非线性关系的电阻器(如变阻器)和基于碳化硅的电阻 器、硒整流器、或者由硅或锗制成的p-n结型二极管，已广泛地用于电路 中以稳定电压，或用于消除电路中产生的反常高电压振荡。

这种非线性电阻器的电特性具体如下：

·非线性系数α：α值越大材料的性能越好；

·电场击穿之前可以允许的最大电场，临界电场E_s(用伏特每毫米 (V/mm)表示)；其值越大材料的性能越好。击穿之前E_s与电压V_s相应；以 及

·漏电流I_f(安培(A))。

目前，非线性电阻器大部分由烧结氧化锌ZnO粉体形成，任选包括一 种或多种添加剂或掺杂剂，例如从下列金属氧化物中选择，如Bi₂O₃、 Sb₂O₃、或Co₃O₄，然而已经在加热元件(例如玻璃退火炉的电极)领域、 电阻(多晶薄层)领域、在晶体管的生产中，以及透明抗静电涂层(沉积 在玻璃板上)领域得到工业应用的氧化锡SnO₂，正越来越多地用于中压 和高压避雷器中作为变阻器的基体金属氧化物。SnO₂呈现出双重价值， 就非线性系数和阈值场而言，其相当于或优于氧化锌。

已经发现现有变阻器，尤其是基体金属氧化物为SnO₂的变阻器的漏 电流仍旧非常大，例如直径为10毫米(mm)的变阻器的漏电流为0.5微安 (μA)到几个微安的范围。漏电流值大的直接后果是电能的连续消耗和 电阻器的发热，由此导致漏电流的增大并存在热击穿的危险。

因此需要这样的半导体陶瓷，其包含作为其基体金属氧化物的氧化锡 SnO₂和至少一种掺杂剂金属氧化物，并具有较小的漏电流。

此外，为了确保这种变阻器可以在工业中使用，有必要确保其经久耐 用。遗憾的是，用于变阻器的众所周知的半导体陶瓷，尤其是基于SnO₂的半导体陶瓷都达不到经久耐用的要求，尤其是它们的电性能会随着时间 推移发生漂移(drift)。

对于给定的温度，电性能的漂移表现为随着时间推移在阈值电压(相 当于阈值场E_s)一半处的漏电流发生变化。因此，用I_f0表示初始时间t＝0 时初次测得的漏电流，I_ft表示时间t时测得的电流，温度保持不变。

因此某些半导体陶瓷(例如其中基体金属氧化物为SnO₂的那些半导 体陶瓷)随着时间推移出现了漂移增强的现象，也就是漏电流增大，更一 般地，随着时间推移漏电流增大是在热应力和电应力作用下其电性能漂移 和不稳定性的反映。

因此，有必要提高基于SnO₂的半导体陶瓷在热应力和电应力作用下 的经久稳定性。

具体地，有必要稳定基于SnO₂的半导体陶瓷的经久电性能，降低这 些特性的漂移，尤其是降低漏电流随着时间推移发生的漂移。

本发明的首要目的是减小基于SnO₂的半导体陶瓷的漏电流。