характеристик физико-механические и химические характеристики SiC слабо зависят от структуры политипа. Карбид кремния относится к наиболее твердым веществам (твердость по минералогической щкале 9,5), устойчив против окисления до температур около 1700 К.

При комнатной температуре SiC не взаимодействует ни с какими кислотами, при нагревании растворяется в расплавах щелочей, а также взаимодействует с ортофосфорной кислотой.

С увеличением содержания связующего компонента облегчается прессовка заготовок из карбида кремния, увеличивается механическая прочность, возрастает нелинейность вольт-амперной характеристики образцов. Исходные компоненты обычно смещивают в щаровых мельницах для получения однородной массы, далее массу подсушивают до заданного содержания воды (6-9%). Прессование заготовок выполняют на гидравлических прессах, затем разрезают массу на заготовки заданного размера. Заготовки цилиндрической формы получают выдавливанием массы через мундштук. Перед обжигом заготовки дополнительно подсушивают при комнатной или повышенной температуре в течение нескольких часов. С помощью обжига в течение 2-6 ч при температуре 1500-1600 К обеспечивается механическая прочность материала. Когда необходимо получить резистивный материал с невысоким значением удельного сопротивления, используют кратковременный обжиг в течение нескольких минут при температурах 1400-1600 °С (термоудар), при этом связующий компонент успевает прочно связать отдельные кристаллы карбида кремния, а вследствие затрудненного доступа кислорода карбид кремния окисляется незначительно и заготовки при этом имеют более низкое рабочее напряжение.

После обжига на поверхность заготовок наносят контактные электроды методом вжигания или шоопирования. При вжигании используются серебряные пасты, при шоопировании - более дешевые материалы - алюминий, медь, олово, латунь. Путем изменения размеров контактных электродов можно в ограничеш!ых размерах варьировать сопротивление варистора.

При вьшолнении варисторов используются различные способы изменения электрической проводимости материалов, выполняемых на основе карбида кремния со связующим. К этим способам можно отнести дополнительный прогрев заготовок в окислительной среде, уменьшающий электрическую проводимость материала и импульсную нагрузку элемента от конденсатора, приводящую к увеличению электрической проводимости материала вследствие разрушения оксидных пленок на поверхности кристаллов карбида кремния. Карбид кремния используется в качестве полупроводникового материала в варис-торах типа СИ.

Отметим, что высокая концентрация магнитных материалов приводит к снижению нелинейных свойств образцов. В связи с этим пос-

50 100 150 и, В

1,мА

¥

о 50 100 150 200 О, В

Рис. 5.3. Вольт-амперные характеристики варисторов на основе SiC и связующего компонента из СиО и CdCOa (о) и органического связующего компонента с размером кристаллов 16, 25, 32, 40 и 80 мкм (соответственно кривые 1-5) (б)

ле помола осуществляют магнитную сепарацию или химическую очистку порощка карбида кремния путем промывки в смеси плавиковой и азотной кислот с водой. При получении материалов для варисторов важным является выбор связующего компонента, так, в качестве последнего могут быть использованы смеси оксидов СиО и CdO. Вольт-амперная характеристика варистора, выполненного из электротехнического карбида кремния с 10%-ной добавкой оксидов СиО и CdO, приведена на рис. 5.3.

Дпя варисторов все более щироко используются оксидные полупроводниковые материалы ZnO, ЗпОг, СоО, NiO. Одной из перспективных систем является система ZnO-БпОг, состоящая из двух полупроводников с электронной проводимостью, отличающихся удельным сопротивлением. У SnOa удельное сопротивление на 3-4 порядка вьиле, чем у ZnO. Вольт-амперные характеристики образцов, выполненных из ZnO-SnOa, аппроксимируются выражением U = AI. Высоким коэффициентом нелинейности обладают образцы, выполненные из состава 20% ZnO и 80% SnOj. Сопротивление материала зависит от температуры обжига и времени выдержки при максимальной температуре. На рис. 5.4, а приведены вольт-амперные характеристики варисторов, выполненных из состава 30 % ZnO и 70 % ЗпОг.

Варистор может быть получен, если в структуре монокристаллического материала создать два встречно включенных р-п перехода. Вольт-амперная характеристика варистора в этом случае представляет собой обратную вольт-амперную характеристику р-п перехода. Вольт-амперная характеристика р-п перехода описывается уравнением

е-" -1

О 40 дО 1Z0U,B

Рис. 5.4. Вольт-ампериые характеристики варисторов на основе ZnO и ЗпОг при температуре обжига в течение 15,45 и 60 мин (соответственно кривые 1~3) (а) и р-п-переходов Ge и Si (б)

где е - заряд злектрона; к - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; Js - плотность тока насыщения р-п перехода.

При приложении к р-п переходу обратного напряжения, превосходящего кТ/е, происходит насыщение тока перехода, т.е. ток в значительном диапазоне не зависит от приложенного напряжения. Плотность тока насыщения

Ф + 1)

LnO,

где b = p-n/fJp - отнощение подвижностей электронов и дырок; а,, а„, Ор - удельная проводимость собственно полупроводника и- и р-типа соответственно; L„, Lp - диффузионная длина электронов и дырок; Г-температура.

Таким образом, для обратного тока р-п перехода характерен участок насыщения. Однако, если в приведенном выражении для обратного тока р-п перехода учесть явление генерации носителей заряда, можно получить нелинейную характеристику варисторного типа. Влияние тока генерации 1 на обратный ток р-п перехода можно оценить с помощью соотнощения

/г д = n„d/4nfLo,

где /д - диффузионный ток; d - ширина р-п перехода; «„ - концентрация электронов в полупроводнике и-типа при термодинамическом равновесии; Lo ~ эффективная длина носителей заряда.

Для полупроводниковых материалов с малым временем жизни Lo - y/DoTo и малым значением ток генерации больще диффузионного и его необходимо учитывать. Так, у кремниевых р-п переходов ток генерации превьпиает диффузионный ток, поэтому кремниевые р-п переходы обычно не имеют участка насыщения на обратной ветви