[发明专利]一种碳化硅基复相压敏陶瓷及其液相烧结制备方法

说明书

本发明涉及一种碳化硅基复相压敏陶瓷及其液相烧结制备方法，所述碳化硅基复相压敏陶瓷的组成包括SiC基体、以及分散于SiC基体中的MoSi₂第二相、AlN和Y₂O₃；所述MoSi₂第二相的含量不超过17.5wt%，所述AlN的含量为1～5wt%，Y₂O₃的含量为1～2wt%，各组分含量之和为100wt%。

技术领域

本发明涉及一种碳化硅基复相压敏陶瓷及其液相烧结制备方法，属于SiC陶瓷领域。

背景技术

压敏陶瓷是一种具有非线性伏安特性的陶瓷材料，其电阻率会随着电压的增加而迅速减小，因其良好的压敏特性而常用作浪涌吸收及过压保护元件。碳化硅(SiC)压敏陶瓷性能稳定，不易老化，使用寿命长，运行可靠，结构紧凑体积小，在均流、均能特性方面表现出众。同时碳化硅陶瓷高温稳定性好，力学性能优异，热导率较高，广泛应用于工业生产。

近年来随着半导体行业飞速发展，元器件趋于小型化和集成化，在电子设备中由于静电和电磁脉冲而造成的半导体元件误动作和劣化甚至损坏的现象日益增加，而传统的氧化锌压敏陶瓷大多数属于压敏电压较高的中高压产品。因此，为了保护电子元器件免受浪涌电压或电流的影响，研制压敏电压较低同时伏安非线性特性高的压敏陶瓷成为了该领域的关键问题。

发明内容

本发明旨在结合SiC陶瓷和MoSi₂陶瓷的特点，制备出一种碳化硅基复相低压压敏陶瓷，以应用于微电子领域。

一方面，本发明提供了一种碳化硅基复相压敏陶瓷，所述碳化硅基复相压敏陶瓷的组成包括SiC基体、以及分散于SiC基体中的MoSi₂第二相、AlN和Y₂O₃；所述MoSi₂第二相的含量不超过17.5wt％，所述AlN的含量为1～5wt％，Y₂O₃的含量为1～2wt％，各组分含量之和为100wt％。

本发明中，碳化硅基复相压敏陶瓷的组成包括：SiC作为基体，MoSi₂作为第二相。其中MoSi₂是一种熔点较高，导电性和导热性能良好，抗氧化的材料。由于MoSi₂和SiC的热膨胀系数差异不大，同时在室温下几乎不互溶，因此得到的复合陶瓷可兼具各自优点。然而SiC和MoSi₂的导电机理并不相同，前者表现出压敏电阻的非线性特征(由晶界处的肖特基势垒引起)，后者表现出欧姆电阻的线性特征(由晶粒间的欧姆接触引起)。若两者按一定比例混合，当MoSi₂第二相含量在一定范围内(不超过17.5wt％)变化时，SiC晶粒间的接触界面和SiC与MoSi₂晶粒间的接触界面比例发生变化，使肖特基势垒也相应改变，据此即可调控SiC基复相陶瓷的压敏电阻特性，使其在微电子领域得到更广泛的应用。

较佳地，所述MoSi₂第二相的含量为2.5～17.5wt％；优选地，当MoSi₂第二相的含量在2.5～17.5wt％变化时，所述碳化硅基复相压敏陶瓷的压敏电压U_1mA在0.002～0.242V·mm^-1范围内可控，非线性系数为α为1.20～1.54。

较佳地，所述AlN的含量为5wt％，Y₂O₃的含量为2wt％。

较佳地，所述碳化硅基复相压敏陶瓷的密度为3.28～3.54g·m^-3，抗弯强度为420～511MPa。

另一方面，本发明还提供了一种如上所述的碳化硅基复相压敏陶瓷的制备方法，包括：