CC BY
57
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2006, том 49, №7
ТЕХНИКА
УДК 541.64.16
Член-корреспондент АН Республики Таджикистан Х.М.Ахмедов, Х.С.Каримов ВАРИСТОРЫ И ПЛЕНОЧНЫЕ РЕЗИСТОРЫ НА ОСНОВЕ КАРБАЗОЛЬНЫХ
ПОЛИМЕРОВ
В последние годы на основе органических полупроводников, полимеров с сопряженными связями, олигомеров и низкомолекулярных материалов разработан ряд электронных приборов: светоизлучающих диодов, фотоэлектрических датчиков и нелинейных резисторов [1-3].
Варисторы, как нелинейные полупроводниковые резисторы, широко применяются в различных областях электронной техники, в частности для стабилизации напряжений, защиты элементов маломощной и низковольтной аппаратуры от перенапряжения, для регулирования механических и электрических величин [4].
Разработаны варисторы со стабильными электрическими свойствами и низкими номинальными напряжениями. Описан варистор на основе поликристаллического карбида кремния и эпоксидно-новолачной смолы в качестве органического связующего.
Недостатки известных варисторов состоят в относительно высоком температурном коэффициенте сопротивления (ТКС) и низкой его стабильности. Известно, что на характеристики варисторов определенное влияние оказывает температура окружающей среды и, следовательно, очень важным является разработка и создание термостабильных варисторов.
Нами разработан термостабильный варистор [5] на основе органического полимерного полупроводника поли-Ы-эпоксипропилкарбазола (ПЭПК) с добавкой 2.4.7-тринитро-9-флуоренона (ТНФ) и бромфенилацетилнафтахинона (БФАНХ), обладающего низким ТКС.
Варисторы изготовлялись нанесением на алюминиевую подложку пленки резистивного материала из его раствора известной концентрации в толуоле. Концентрацию акцептора брали 0,5-5 вес % по отношению к полимеру. В качестве электропроводящих слоев использовались олово, латунь, аквадаг и пленки алюминия. Для получения пленок полимера использовали ПЭПК ММ 1400. В качестве второго электропроводящего слоя применялся аквадаг. Толщина пленок резистивного материала составляла 2.. .10 мкм. Электроды присоединялись к электропроводящим слоям посредством серебряной пасты, аквадага или припаивались в зависимости от материала электропроводящего слоя.
На рис.1 приведена вольт-амперная характеристика (ВАХ) ряда варисторов на основе ПЭАК-ТНФ и ПЭПК-БФАНХ. Коэффициенты нелинейности варисторов, вычислинные из выражения (1), составляют 2.4.
V,B
T, oC
Рис.1. ВАХ варисторов: ПЭПК-ТНФ (2,4), электроды олово-аквадаг (2), алюминий - аквадаг (4); ПЭПК-БФАНХ (1,3,5,6), электроды латунь -аквадаг.
Рис.2 Температурная зависимость сопротивлений варисторов ПЭПК-БФAHX. Графики 1 и 2 соответствуют кривым 3 и 5 на рис.1
1п 12 - 1п1 1п и - 1п и ’
где 11, 12, и1, и2 - значения соответствующих токов и напряжений, определенные из ВАХ.
С уменьшением толщины пленок резистивного материала ВАХ смещаются в область меньших напряжений при одинаковых значениях токов. Повышение напряжения выше некоторого критического обуславливает резкое возрастание тока аналогично явлению, наблюдавшемуся на пленках ряда органических полупроводников.
На рис.2 приведена зависимость сопротивлений Я варисторов на основе ПЭПК-БФАНХ с различной толщиной пленки резистивного материала от температуры.
Для системы ПЭПК-ТНФ зависимость Я (Т) является аналогичной. Из рисунка видно, что сопротивление варисторов в исследованной области практически не изменяется в зависимости от температуры окружающей среды.
68G
Действительно, ТКС (а), вычисленный из выражения (2), составляет не более а25=0...(-0.4) % / 0С.
' 1
а =------ (2)
ЯйТ
На стабильность сопротивлений варисторов существенное влияние оказывает выбор материала электродов, режим термической обработки и токовой нагрузки. Более стабильные варисторы были получены при использовании электродов латунь-аквадаг и термической обработки их при Т=50.550С в течение 6ч, с последующей номинальной токовой нагрузкой 20 ч.
Разработанные на основе ПЭПК с добавкой ТНФ и БФАНХ варисторы имеют рабочее напряжение 20.50 В, рабочий ток 1-50 мА и являются термостабильными, т.е. ТКС близок к нулю и не зависит от отношения компонентов материала резистивного элемента в указанных пределах.
Ранее [6] нами было показано, что продольный тензоэффект в композиции полиакри-лонитрильных углеволокон + ПЭПК + ТНФ значительно ниже, чем в чистых углеволокнах, что означает частичную или полную компенсацию продольного тензорезистивного эффекта в углеволокнах полимерной композицией.
Используя эти данные, нами разработан пленочный резистор, который имеет стабильный параметр работы при деформации [7].
Резистор содержит резистивный материал, состоящий из ПЭПК с добавкой 0.5.5 мас.% ТНФ, электроды из углеволокон на основе полиакрилонитрила, причем углеволокна ориентированы вдоль диэлектрической подложки. Толщина углеволокон была равен 0.1-0.3 мм.
Зависимости относительного изменения продольного сопротивления композиции ПЭПК + ТНФ с углеволокнами и углеволокон были представлены нами ранее [8].
Таблица
ПЭПК % в толуоле ТНФ в мас. % к полимеру Я, углеволокон, Ом Коэффициент тензо-чувствительности Сопротивление резистора, Ом
10 3.0 12 0 26
10 0.5 12 -0.5 39
10 5.0 12 +0.8 23
5 3.0 12 +0.7 22
15 3.0 12 -0.3 37
5 0.5 12 -0.2 32
15 0.5 12 -0.9 42
5 5.0 12 +0.4 20
15 5.0 12 -0.1 35
10 3.0 6.0 -0.8 20
В таблице приведены технологические условия получения и параметры полученного резистора. Из таблицы следует, что технология получения резистора (концентрация раствора полимера, содержание ТНФ в нем, сопротивление углеволокон) позволяет снизить или компенсировать тензорезистивный эффект, обуславливая стабильность работы резистора при деформации.
Физико-технический институт им. С.У. Умарова Поступило 22.12.2006 г.
АН Республики Таджикистан
ЛИТЕРАТУРА
1. Pientka M., Dyakonov V., Meissner D., Rogach A., Talapin D., Weller H., Vanderzande D. - Nanotechnology, 2004, vol. 1З, pp. 1бЗ-1б9.
2. Chikamatsu M., Taima T., Yoshida Y., Saito K. and Yase K. - App. Phys Lett., 2004, vol. 82, pp. 127-
1З2.
3. Sullivan P., Heutz S., Schultes S.M. and Iones T.S. - App. Phys. Lett., 2004, vol. 84, pp. 1210-1214.
4. Городецкий А.Ф, Кравченко А. Полупроводниковые приборы. - М.: 1967, с. 329.
З. А. с 983761 СССР. Варистор / Рахимова М.М., Ахмедов Х.М., Каримов Х.С., Черкашин М.И. -Б.И. №47.
6. Каримов Х.С., Ахмедов Х.М., Муинов Т.М. - Высокомолек. соед. 1991, Б. 33, №5, с. 339-341.
7. А. с 1817604 СССР. Пленочный резистор. Каримов Х.С., Ахмедов Х.М.
8. Karimov Kh., Akhmedov Kh., Muinov T.M. - Elsiver applied science. London and New-York / Moscow international Composites Conference. - 1990, pp. 762-76З
Х.М. Aхмедов, Х.С. Каримов BAРИCТРНO BA РЕЗИСТОРНОЙ ЦAБAТЙ ДAР ACOCИ ПОЛИМЕРНОЙ KAРБAЗOЛЙ
Даp мак;ола хосияти ваpистopx,oи ба x,аpopат yeryBop, ки даp асоси нимнок;илх,ои opганикии пoлимеpй - пoли-N-эпoксипpoпилкаpбазoл бо иловаи 2,4,7-тpинитpoфлyo-peHOH ва бpoмацетилнафтахинoн кopкаpд шyдаанд, oваpда шyдааст.
Нишон дода шyдааст, ки ваpистopx,oи кopкаpдашyда pечаx,oи зеpин дopанд: шиддати кори 20...50 В, чаpаёни кopи 1...50 мА ва нисбати x,аpopат yстyвop мебошанд. Коэффисиенти x,аpopати мyк;oвиматаш ба нол наздик аст.
б82
Kh.M.Akhmedov, Kh.S.Karimov VARISTORS AND FILM RESISTORS ON THE BASIS OF CARBAZOLE POLYMERS
In this paper the properties of the varistors that are stable to the effect of heat are described. Varistors were made on the basis of organic semiconductor poly-N-epoxypropylcarbazole doped by 2,4,7-three nitrophluorene and bromacetilenaphtaquinone.
It was shown that varistors have the following parameters: operation voltage was in the range of 20.50 V, current was in the range of 1.50 mA. Varistors were stable to the effect of heat: temperature coefficient of resistance was equal to zero.
