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鈦酸鉛鍶正溫度係數電阻材料之核-殼結構與其相關之電阻-溫度特性

為了解決北藝大 研究所 好考嗎的問題，作者陳炳宏 這樣論述：

摘要 本論文之主要研究目的是在探討Pb0.6Sr0.4TiO3正溫度係數電阻材料之電阻-溫度特性與其微觀結構之間的關係，實驗中分別利用各種不同的燒結方法來進行試片的製作，在經過電阻-溫度曲線的量測之後發現：不同的燒結方法會導致有極為不同的電阻-溫度曲線產生，其中利用微波來進行燒結的試片呈現了單一且Tc約為380℃的曲線，而一般傳統燒結的試片則形成了特殊的雙Tc曲線，此外微波燒結的方式也會使得試片整體的電阻率降低許多。 為了能夠正確的找出造成電性差別的原因所在，我們有系統的使用電子顯微鏡及能譜分析儀來進行微觀結構的觀察與成份分析，結

果顯示，試片中具有一因成份不均勻所產生的核-殼結構存在，即在晶粒的外層會形成一Pb含量較高的殼層。經詳細分析後顯示，此一殼層主要是由於高溫燒結期間的Pb擴散層及冷卻過程的析出層所控制，燒結溫度越高、時間越長則殼層中的擴散層越厚，冷卻速率越慢則析出層會較厚。在不同的燒結方法下，此一核-殼結構亦會有所不同，其中，在傳統燒結並以緩慢冷卻的試片中形成了最厚但Pb含量卻最低的殼層，而以微波燒結的試片則相對的形成了厚度較薄但Pb含量卻最高的殼層。 根據核-殼結構的不同以及Heywang和Jonker對正溫度係數電阻特性的解釋，本文結合了理論及微觀的分析，對文獻上Pb0.6Sr0.4Ti

O3正溫度係數電阻材料雙Tc電阻-溫度特性的成因加以修正，來解釋不同燒方法及條件下，電阻-溫度特性所產生的差異。在微波燒結的試片中，由於殼層的Pb含量高、且厚度佔晶粒尺寸的百分比最大，因此當試片溫度介於殼層(Tcs)及核層(Tcc)之鐵電相變化溫度(Tc)時，殼層內鐵電電域的自發極化電荷補償了晶界及核-殼邊界的蕭特基能障，使得殼層形成一低電阻的電子通道，導致單一高溫Tc的產生；而傳統燒結的試片就是由於晶界及核-殼邊界的蕭特基能障無法充份補償，使得殼層形成一較高電阻的電子通道(當Tcc< T < Tcs時)，並導致雙Tc現象的產生。 除了核-殼結構的差異外，以微波燒結的試片在

液相燒結特性以及鐵電電域結構上也呈現了較為不一樣現象。由SiO2-PbTiO3或SiO2-PbO的共晶作用所產生的液相燒結區域具有非晶質的結晶結構，但在這些非晶質的燒結區中卻具有一些結晶的小顆粒存在；另外，在某些晶粒的外圍則發現了不一樣的結晶質TiO2燒結區。在電域結構上，微波燒結的試片展現了極為複雜的電域安排情形，綜合分析顯示，這些特性的產生應是由於微波對試片內不同的元素產生不同的反應所導致。 最後，我們以SrTiO3披覆PbTiO3的原始核-殼結構粉末來模擬Pb0.6Sr0.4TiO3中的核-殼結構，在經過不同的燒結方法後，經由微觀結構的觀察與成份分析發現：以微波燒結的

方法可以使得原始的核-殼結構保持得較為完整，即高Pb以及較厚的殼層；而傳統燒結與快速燒結的方法則會使得核層與殼層之間嚴重的相互擴散，造成殼層的Pb含量以及厚度大量的減小。根據前面的說法，微波燒結的試片將是最有可能形成單一Tc的電阻-溫度曲線，而傳統燒結以及快速燒結的試片則是可能會形成雙Tc的電阻-溫度曲線。在經過實際的電阻-溫度特性量測後，證實了我們的說法，也幾乎可以確定：試片中核-殼結構的差異的確是造成電性不同的主因。