[發明專利]具有雙負阻特性的負阻材料

無效

• 申請號: 200910077046.2
• 申請日: 2009-01-16
• 公開（公告）號: CN101462871A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 李建奇;曾倫杰;楊槐馨;秦元斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: C04B35/26
• 分類號: C04B35/26;C04B35/622
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 尹振啟

技術領域

本發明涉及具有負阻特性的材料，更詳細地說，涉及室溫下具有雙負阻特性的過渡金屬氧化物材料。

背景技術

負微分電阻(簡稱負阻)特性是指在電流—電壓特性曲線上出現了負斜率區域的性質。該效應常見于半導體材料和器件中，基于該效應的元件已廣泛應用于無線通信和數字電路領域，如用于構成放大器電路、開關電路、射頻天線電路及微波電路。

負阻效應可分為兩類：電壓控制型和電流控制型。電壓控制型負阻特性是指在電流—電壓曲線的某個范圍內，對應于某一電流值存在多個電壓值，或者說負阻區由某一電壓范圍確定，曲線呈“N”形，GaAs、InP等半導體材料以及耿氏二極管、隧道二極管等器件具有電壓控制“N”型負阻特性。電流控制型負阻特性是指在電流—電壓曲線的某個范圍內，對應于某一電壓值存在多個電流值，或者說負阻區由某一電流范圍確定，曲線呈“S”形，電流控制“S”型負阻特性存在于晶體閘流管、半導體量子阱等體系中。雖然通過器件構造及電路設計，可以設計同時具有電壓控制型和電流控制型負阻特性的器件和電路，但是目前實際應用中的負阻材料只具有某一單一的負阻特性(電壓控制型或電流控制型)。而且，在很多具有負阻特性的材料中，負阻效應需要在低于室溫的溫度下才能觀察到，這給其實際應用帶來了困難。

發明內容

本發明的目的是提供一系列在室溫下同時具有電壓控制“N”型和電流控制“S”型負阻特性的材料，其化學式為：(Lu_xR_1+n-x)(Fe_yM_2+n-y)O_4+3n(n＝0，1，2，3)，其中，R為稀土元素，包括鐿、镥、釔、鉺、鈥、銩等元素，M為過渡族金屬元素或IIA族金屬元素，包括錳、鈷、銅、鎂等元素，x、y為原子百分比含量，0≤x≤1+n，0≤y≤2+n。

進一步，所述負阻材料為過渡金屬氧化物，具有層狀結構，由鐵氧單層、镥氧層和鐵氧雙層交替排列而成。鐵氧雙層中的鐵原子在該化合物中以混合價態形式存在，并形成三角阻挫結構。通過摻雜替代可以使材料中一定比例的镥原子和鐵原子分別被R原子和M原子所替代。

進一步，所述負阻材料的存在形式為多晶、單晶或者薄膜。

上述負阻材料的制備方法，具體為：

首先將Lu、Fe、R、M的氧化物原料進行配料，使元素Lu、Fe、R、M的原子比為x:y:(1+n-x):(2+n-y)，其中x、y、n的取值范圍同上；

將原料混合均勻后，進行第一次壓制成型；

將第一次壓制成型的樣品在空氣中1100℃—1400℃溫度下，預燒結24-72小時；

將經燒結后的第一次壓制成型的樣品研磨均勻，并將研磨后的材料第二次壓制成型；

在二氧化碳與氫氣摩爾比值為5-80的氧化還原氣氛中，將第二次壓制成型的樣品在1100℃—1400℃溫度下燒結24-72小時；

將爐溫降低至800℃—1000℃后，將樣品放入冰水混合物中快速降溫來其進行快速淬火，得到所需的負阻材料。

本發明提供一種新型負阻材料系列，室溫下其電流—電壓曲線具有明顯的非線性特征，更重要的是，所述材料同時具有電壓控制和電流控制型負阻特性，使得其應用范圍比只具有單一負阻特性的材料更廣。所述材料可同時具有與耿氏二極管和晶體閘流管類似的功能，亦可利用其某一負阻特性用于構成振蕩器、雙穩電路、逆變器、開關電源等。

本發明負阻材料進入負阻區需要很小的閾值電場強度(-20V/cm)和閾值電流密度(-125mA/cm²)，使得其在實際應用中的可操作性更強。

本發明材料在室溫下就具備雙負阻特性，低溫下負阻特性更加明顯，因而進一步提高了其在電路中使用的靈活性。

本發明負阻材料可以有多種存在形式，使得基于該材料的元器件制作更加方便。

附圖說明

圖1是本發明材料中的Lu₂Fe₃O₇化合物多晶樣品X射線衍射圖譜；

圖2是本發明材料中的Lu₂Fe₃O₇化合物多晶樣品的結構示意圖，圖2(a)為化合物的原子結構圖，圖2(b)為省略了氧原子的結構示意圖；

圖3是本發明材料中的Lu₂Fe₃O₇化合物多晶樣品室溫下在恒壓模式所測得的電流—電壓曲線；