Search papers

Article details

  • Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials
  • Vol: 69, Issue: 4, 2017
  • pp: 364-369

download: article (PL)

Semiconductor properties of (Ba0.6Pb0.4)TiO3 ceramics doped with the special glass

Abstract (EN)

The demand for semiconductive ferroelectric ceramics, that is characterized by high values of positive temperature coefficient of resistivity (PTCR), in modern technology is constantly increasing. Posistor materials create a large group of ceramic materials which electrical properties are conditioned by the presence of the potential barriers at grain boundaries. A classic example of this kind of materials are those based on ferroelectric barium titanate (BaTiO3) and lead titanate (PbTiO3) ceramics that in a pure form have no large significance in technology due to their suboptimal electric parameters. However, the solid solution of BaTiO3 and PbTiO3, represented by the formula (Ba1-xPbx)TiO3, have remarkable electrical properties. The main scope of the study was to obtain semiconductive and afterwards posistor properties in barium titanate by introducing lead ions into its crystal lattice, creating the (Ba0.6Pb0.4)TiO3 solid solution, and then by doping the ceramics with special oxide glass from the PbO-B2O3-Al2O3-WO3 system in amounts of 1.5%, 4%, 6% and 8% by weight. The investigation of current-voltage characteristics of the resultant ceramics have undoubtedly demonstrated the behaviour which was typical for spontaneous semiconductors with high density of carriers generated thermally in the sample volume in the ferroelectric phase area, and the existence of surface acceptor states generated with a voltage greater than U = 20 V in the paraelectric phase. The significant influence of the aforementioned states on conductivity has also been noted. It is also worth mentioning that small amounts of W6 + cations introduced in the form of special oxide glass cause the transition of (Ba0.6Pb0.4)TiO3 from the state of p-type conductivity to the semiconductor state with n-type one, and in a range of T > TC to the posistor state.

Keywords (EN): Semiconductive ceramics, Posistor ceramics, PTCR effect, Special glass, doping of ceramics

Półprzewodnikowe właściwości ceramiki (Ba0,6Pb0,4)TiO3 domieszkowanej szkłem specjalnym

Wodecka-Duś B., Dzik J., Kozielski L., Adamczyk-Habrajska M.

Abstract (PL)

Półprzewodnikowa ceramika ferroelektryczna, charakteryzująca się wysoką wartością dodatniego współczynnika temperaturowego rezystancji PTCR, znajduje coraz większe zastosowanie we współczesnej technice. Materiały pozystorowe stanowią sporą grupę tworzyw ceramicznych, których właściwości elektryczne są uwarunkowane przez obecność barier potencjału na granicach ziarn. Klasycznym przykładem tego typu materiałów są związki bazujące na ceramice ferroelektrycznej tytanianu baru (BaTiO3) i tytanianu ołowiu (PbTiO3). Czyste związki BaTiO3 oraz PbTiO3 ze względu na dalekie od optymalnych parametry elektryczne nie odgrywają większej roli w technice. Interesujące właściwości posiada natomiast ich roztwór stały, który można zapisać za pomocą ogólnego wzoru (Ba1-xPbx)TiO3. Celem pracy było otrzymanie właściwości półprzewodnikowych, a następnie pozystorowych w tytanianie baru, poprzez wprowadzenie w jego sieć krystaliczną jonów ołowiu, tworząc roztwór stały (Ba1-xPbx)TiO3 dla koncentracji ołowiu x = 0,4, a następnie domieszkowanie otrzymanej ceramiki tlenkowym szkłem specjalnym z układu PbO-B2O3-Al2O3-WO3 w ilości 1,5%, 4%, 6% i 8% wag. Badania charakterystyk prądowo-napięciowych otrzymanej ceramiki jednoznacznie potwierdziły zachowanie typowe dla półprzewodników samoistnych o dużej koncentracji nośników generowanych termicznie w objętości próbki w obszarze fazy ferroelektrycznej oraz istnienie powierzchniowych stanów akceptorowych generowanych napięciem większym niż U = 20 V w fazie paraelektrycznej. Odnotowany został również znaczący wpływ wyżej wymienionych stanów na prąd przewodnictwa. Warto również nadmienić, że niewielkie ilości kationów W6+, wprowadzonych w postaci tlenkowego szkła specjalnego, powodują przejście (Ba0,6Pb0,4)TiO3 wykazującego przewodnictwo dziurowe typu p do przewodnictwa elektronowego typu n, czyli w stan półprzewodnikowy, a w zakresie T > TC w stan pozystorowy.

Keywords (PL): ceramika półprzewodnikowa, ceramika pozystorowa, efekt PTCR, szkło specjalne, domieszkowanie ceramiki

return…