بررسی ویژگیهای الکتروفیزیکی واریستورهای کامپوزیتی بر مبنای سیلیسیم و پلیمر

یکی از بهترین روش¬ها برای محافظت از مدارها و قطعات الکترونیکی در برابر جریان¬های گذرا و فوق ولتاژها، استفاده از مقاومت¬های تابع ولتاژ یا واریستورها است. در اینجا هدف پروژه ساخت واریستورهای کامپوزیتی بر مبنای سیلیسیم است. ساخت واریستورهای کامپوزیتی، به روش پرس گرم و با استفاده از قالبی به قطر صورت گرفت. دما و فشار مورد نیاز برای تهیه نمونه¬ها به ترتیب حدود و انتخاب شد. برای بررسی رفتار i-v نیز از دو الکترود مسی به قطر استفاده شد. اندازه¬گیری رفتار جریان - ولتاژ نیز به روش مرسوم دو پروبی و تحت یک فشار ثابت صورت گرفت. نتایج به¬دست آمده نشان می¬دهند که پلی آنیلین مسول رفتار غیر خطی در این نمونه¬ها است که در واقع همان نقش اکسید بیسموت را در واریستورهای سرامیکی بازی می¬کند. نتایج به¬دست آمده از اندازه¬گیری¬ها نشان می¬دهند که با افزایش مقدار سیلیسیم در ترکیب، ولتاژ شکست کاهش یافته و جریان نشتی از ناحیه میکروآمپر در درصدهای پایین سیلیسیم به ناحیه میلی¬آمپر در درصدهای بالا افزایش می¬یابد. کاهش ارتفاع سد پتانسیل نیز موید این نتایج می¬باشد. افزایش مقدار سیلیسیم به¬صورت خطی با کاهش ارتفاع سد پتانسیل به¬صورت خطی همراه است. بررسی¬ها نشان می¬دهند که حضور هر دو نوع پلیمر (پلی آنیلین و پلی اتیلن) در ترکیب، برای افزایش کیفیت نمونه¬ها الزامی است. پلی آنیلین مولد رفتار غیر خطی بوده و پلی اتیلن باعث افزایش استحکام مکانیکی و کاهش جریان نشتی می¬گردد. با افزایش مقدار سیلیسیم در ترکیب، پسماند افزایش می¬یابد. این امر به همراه افزایش جریان نشتی، (یا معادل آن گرمایش ژول)، باعث کاهش طول عمر واریستور می¬گردد. مطالعات نشان می¬دهند که دما تاثیر بسیار مهمی در رفتار واریستورها دارد. افزایش زمان بازپخت نمونه¬ها یک بیشینه در ضریب غیر خطی، ارتفاع سد پتانسیل و ولتاژ شکست بوجود می¬آورد ولی در جریان نشتی یک کمینه تولید می¬کند. این ویژگی-ها یک شرایط بهینه¬ای را برای واریستور فراهم می¬کنند. محاسبات نشان می¬دهند که همانند واریستورهای سرامیکی، مدل سد دوگانه شاتکی برای توجیه ویژگی¬های فیزیکی واریستورهای کامپوزیتی نیز برقرار است که نتیجه¬ای بسیار مهم است. بررسی طیف پراش پرتو ایکس نمونه¬ها بازپخت شده در زمان¬های مختلف نشان می¬دهد که هیچ ترکیب جدیدی در ساختار بوجود نیامده است. ولی شدت پیک¬ها با زمان بازپخت، بیشینه¬ای را نشان می¬دهند که دلیلی بر افزایش بلورینگی و سپس کاهش بلورینگی است. همچنین مطالعه¬ی تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) اطلاعات دقیقی را درمورد ساختار ریز و توجیه آنها فراهم می¬نماید.