导电陶瓷之薄膜欧姆电阻

某些陶瓷材料在一定条件（如温度、压力）下具有与液体（强电解质）相似的离子电导性能，具有电子（或空穴）电导或离子电导的陶瓷材料叫做导电陶瓷。这类陶瓷大多数属于固体电解质，也称为快离子导体或快离子陶瓷。

实际上，每一种快离子导体都有一种起主导作用的迁移离子，因此，具有很好的离子选择性。由于离子传导对周围物质的活度（浓度或分压）、温度、湿度、压力的敏感性，可能利用快离子导体制作多种固态离子选择电极，气（液）敏、热敏、湿敏和压敏传感器，以及高纯物质提取装置；利用快离子导体内某些离子的氧化－还原着色效应可制作着色电色显示器；因它具有充、放电特性，可以制作库仑计、电阻器、电化学开关、电积分器、记忆元件等多种离子器件。

快离子导体材料，按其导电离子的类型，可分为阳离子导体和阴离子导体两大类。前者有银、铜离子导体，钠离子导体（如β-Al2O3型），锂离子导体（如β-LiAlSiO4、Li-β-Al2O3等），氢离子导体（如H+-β-Al2O3、H3O+-β-Al2O3、NH+β-AI2O3);后者有氧离子导体（如萤石型结构氧化物ZrO2、HfO2、ThO2、CeO2等）和钙钛矿型结构化合物（如LaAIO3、CaTiO3、SrTiO3、LaCrO3等），以及氟离子导体（如CaF2、PbF2等）等。

导电陶瓷

1. 欧姆电阻导电陶瓷

在这里主要介绍薄膜欧姆电阻和厚膜欧姆电阻。

用于电器或电子器件的大多数电阻必须具有欧姆性及小的电阻温度系数。电子仪器上需要的电阻主要是在10^3~10^8Ω的范围，而电性能合适的材料制作长110mm电阻为105Ω的电阻器，其截面积为10-8c㎡,相当于1μm厚、1μm宽的条状带。要想获得这种尺寸的材料，实际上是比较困难的，但可以采用下面方法来达到：

①在绝缘基体上镀上非常薄的导电层，通过适当的腐蚀获得大的长宽比。

②用绝缘相掺入导电材料。

上述方法又常常结合起来使用以达到预期的效果。

（1）薄膜欧姆电阻导电陶瓷

一般10nm厚度的薄膜，比较容易在真空室中用蒸发、溅射或化学气相沉积（CVD)等方形成。很多金属及合金，如Al、Ag、Au及Ni-Cr合金等，可以在熔融状态将其蒸发并凝聚到

适宜的基体上。将电阻率为10^(-6)Ω·m的Ni-Cr合金沉积成薄膜的形式，为高电阻的电阻器提供了基础。

氧化物的薄膜常采用“溅射”方法形成。这种方法是在反应室中充满约1Pa的氩气，其中人少量的氧气。需要溅射的氧化物固态靶、固定在一个金属板上。需要沉积薄膜的基体也安装在金属板上。在两个板之间加以高频（约1MHz）高压（约5kv）场，产生等离子体。气态离子轰击靶，并从其表面分离出离子或分子束，穿过等离子体并沉积在基体上。如用90In2O3-10SnO2通过溅射方法沉积制成透明的导电薄膜。

有的采用化学气相沉积法来制备，如铟锡氧化物即ITO薄膜电阻器，是在可控温度的空气中将玻璃条（有时也用滑石条），加热到700℃,然后在几秒内引入SnCl4和SbCl5的混合物。在试条的表面与水发生反应，以形成牢固粘在基体上的混合物薄膜。Sb使SnO2的电阻率降低，并将其电阻温度系数控制到接近于零；SnO2仅可提供高的负电阻系数，沉积物中氧离子可有一小部分被Cl-离子取代，这也降低电阻率，因为CI-离子比O2-低，因而由导带中的一个电子补充。

在实际中，穿过电阻层，在条形圆柱基体上面刻螺纹来增大长宽比，当阻值达到时自动停止刻纹，这样电阻率能保持在公差范围内。