電子導(dǎo)電陶瓷

導(dǎo)電性能不僅與自由電子激發(fā)的難易有關(guān)，而且也與晶粒表面及界面特性、晶粒大小、形狀和取向有關(guān)。

電子導(dǎo)電陶瓷的高溫穩(wěn)定性好、抗氧化能力強(qiáng)、電導(dǎo)率高，可用作氧化氣氛中的高溫發(fā)熱體、高溫燃料電池(HTFC)的陰極、磁流體發(fā)電(MHD)通道用的電板材料等 。

電子導(dǎo)電陶瓷是指由自由電子(或空穴在電場(chǎng)作用下作定向運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生高電導(dǎo)率的陶瓷。

傳統(tǒng)的陶瓷材料，雖然是不導(dǎo)電的絕緣體，但通過摻雜加熱或其它激發(fā)方法，外層價(jià)電子獲得足夠能量，擺脫原子核對(duì)它的束縛和控制，成為自由電子(或空穴)即可參與導(dǎo)電 。

構(gòu)成電子導(dǎo)電的主要氧化物有摻雜的ZrO₂ThO₂和LaCrO₂等。摻雜ZrO₂(如CeO₂摻雜)和ThO₂最高使用溫度分別為2000℃和2500℃但室溫電導(dǎo)率較低，800℃以上電阻率下降,所以作為發(fā)熱體使用，應(yīng)先用其他熱源進(jìn)行預(yù)熱。LaCrO₃陶瓷是一種新型電子導(dǎo)電材料，高溫下Cr離子的揮發(fā)限制了它的應(yīng)用，用Sr等摻雜可改善揮發(fā)性和提高電導(dǎo)率。ZrCrO₃組成的層疊型復(fù)合材料可作為磁流體發(fā)電通道用的電極材料。

屬于電子導(dǎo)電的陶瓷還有LaNi0₂、LaMnO₃(sr)、CoCrO₄、 LaCoO₃(sr)、InO₂/SnO₂、SiC、MoSi₂等 。

材料的總電導(dǎo)率由電子電導(dǎo)率δ_e和離子電導(dǎo)率δ_i兩部分組成，即δ=δ_e δ_i。當(dāng)電流通過材料時(shí)，電子可以有兩種方式通過晶格運(yùn)動(dòng)來完成電荷輸運(yùn)過程：①電子脫離原子成為自由電子，在晶格中運(yùn)動(dòng)，形成所謂的電子導(dǎo)電；②電子與原子核一起移動(dòng)產(chǎn)生所謂的離子導(dǎo)電。對(duì)金屬來說，電子導(dǎo)電是其導(dǎo)電的主要方式，相比之下，離子導(dǎo)電幾乎可忽略不計(jì)。但對(duì)多晶陶瓷或非晶態(tài)玻璃等材料來說，由于離子電導(dǎo)活化能比較低(一般在0.5eV以下)，離子導(dǎo)電已不容忽視，甚至是這些材料中的主要導(dǎo)電方式。

導(dǎo)電材料是電子元器件和集成電路中應(yīng)用最廣泛的一種材料，用來制造傳輸電能的電線、電纜，傳導(dǎo)電信息的導(dǎo)線、引線和布線。導(dǎo)電材料最主要的性質(zhì)是良好的導(dǎo)電性能，希望其電阻率盡可能的?。ā?0Ω·m）。根據(jù)使用目的不同，除了導(dǎo)電性外，有時(shí)還要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨、彈性、耐高溫、抗氧化、耐蝕、耐電弧、高的熱導(dǎo)率等。導(dǎo)電材料主要包括金屬、電極、厚膜導(dǎo)電材料、薄膜導(dǎo)電材料等。

電子導(dǎo)電金屬

金屬導(dǎo)電材料，用得最多的是銅，其次是鋁、鐵等。

1）銅及銅合金

銅的密度為8.92g/cm³，熔點(diǎn)為1083.4℃，沸點(diǎn)為2567℃，氣化溫度為1132℃，再結(jié)晶溫度為200～300℃，電阻率為1.67μΩ·cm，電阻溫度系數(shù)（TCR）為4300×10^-6/℃：銅的晶體結(jié)構(gòu)為面心立方體，晶格常數(shù)為0.3617nm。為了保證銅合金既具有高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性能，又具有高強(qiáng)度、良好的斷后伸長率等加工性能，可以采用粉末冶金法生產(chǎn)彌散強(qiáng)化銅和采用時(shí)效熱處理法生產(chǎn)高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度銅合金。

用作導(dǎo)電材料的銅由電解法制得，即所謂電解銅，其純度在99.90%以上，含有極少量的Au、Ag、Ce、Pb、Sb等雜質(zhì)。電解銅鑄造后加工退火成為制品，在常溫下壓延或拉伸處理后質(zhì)地較硬。

2）鋁及鋁合金

鋁是具有僅次于銅的電導(dǎo)率的金屬，近年來由于銅產(chǎn)量的不足而作為銅的代用材料而得到廣泛應(yīng)用。

鋁的物理性質(zhì)根據(jù)其純度的不同而相差較大。一般純度越高，電導(dǎo)率和電阻溫度系數(shù)越高，抗拉強(qiáng)度和硬度越小，耐腐性越強(qiáng)。作為導(dǎo)電材料用的鋁線一般為硬引線。

電子導(dǎo)電電極

電極是電容器的重要組成部分，它在電容器中起著形成電場(chǎng)、聚集電荷的作用。盡管電極的形式隨著電容器的結(jié)構(gòu)不同而有變化，但作用是相同的。

鋁的導(dǎo)電性能僅次于金、銀和銅，是一種良好的導(dǎo)電材料。由于鋁的面心立方晶格結(jié)構(gòu)而富于延展性，具有優(yōu)良的加工性。其力學(xué)強(qiáng)度良好，密度又小，因此，在電子元器件中，廣泛用作電板和引線材料。

電子導(dǎo)電厚膜導(dǎo)電材料

在厚膜混合集成電路中，厚膜導(dǎo)電材料的作用是固定分立的有源器件和無源元件，作為元件之間的互連線，厚膜電容的上、下電板及外引線的焊區(qū)等。厚膜導(dǎo)電材料漿料是厚膜工藝中使用的一種漿料，現(xiàn)在常用的漿料是含貴金屬的厚膜導(dǎo)電材料漿料，所用的貴金屬主要為金，銀-金合金以及銀、鉑、鈀的二元或三元合金。這些厚膜導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性能很好，并且鉑-金導(dǎo)體具有非常好的抗焊料溶解性。

由于貴金屬價(jià)格上漲．需要尋求價(jià)格低廉而性能優(yōu)良的新導(dǎo)體材料，因此出現(xiàn)了一起賤金屬厚膜導(dǎo)電材料，常見的有銅、鎳-硼合金、鋁-硼合金。其中銅導(dǎo)體是比較成熟的。

電子導(dǎo)電薄膜導(dǎo)電材料

薄膜導(dǎo)電材料的電阻率高于同種的塊狀材料，這是由于薄膜的厚度較薄從內(nèi)產(chǎn)生表面散射效應(yīng)，以及薄膜具有較高的雜質(zhì)和缺陷濃度所造成的結(jié)果。連續(xù)金屬薄膜的電阻率為聲子、雜質(zhì)、缺陷、晶界和表面對(duì)電子散射所產(chǎn)生的電阻率之和。

薄膜導(dǎo)電材料分為兩類：單元素薄膜和多層薄膜。前者系指用單一金屬形成的薄膜導(dǎo)電材料，其主要材料是鋁膜；后者系指不同的金屬膜構(gòu)成的薄膜導(dǎo)電材料，有二元系統(tǒng)（如鉻-金）三元系統(tǒng)（如鈦-鈀-金）；四元系統(tǒng)（如鈦-銅-鎳-金）等。薄膜混合集成電路中，應(yīng)用最為廣泛的薄膜導(dǎo)電材料是多層薄膜。這是因?yàn)槎鄬颖∧つ茌^好地滿足對(duì)薄膜導(dǎo)電材料的要求。

原理

電子電導(dǎo)類陶瓷是由于電子或空穴的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生導(dǎo)電現(xiàn)象的陶瓷。離子電導(dǎo)類陶瓷又稱“快離子導(dǎo)體”或“固體電解質(zhì)”，是離子在通過晶體點(diǎn)陣缺陷或玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的隧道和通路，按一定方向運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生導(dǎo)電性的陶瓷。可制作吲體電解質(zhì)電池，離子選擇電極，壓敏、氣敏、濕敏等敏感元件，高溫發(fā)熱體、高溫電極和導(dǎo)電材料等。