Печать
Опубликовано: 05 мая 2015 05 мая 2015
Просмотров: 14084 14084

Оксид цинка ZnO— полупроводниковое соединение. Оксид цинка – соединение белого цвета, которое сублимируется при 2000 К, плавится при температуре 2250 К, проявляет как основные, так и кислотные свойства, растворяется в кислотах и в щелочах.

Наиболее распространенная кристаллическая модификация — гексагональная типа вюрцит. Известна также более редкая кубическая типа сфалерит.

Оксид цинка может быть получен при сжигании или окислении цинка, обжигом на воздухе сернистого цинка, при прокаливании
солей, осаждением аммиаком из кипящего водного раствора азотнокислого цинка.

Компактные образцы оксида цинка (цинкит) получают прессованием заготовок из порошкообразного соединения и их последующего спекания. Предварительное спекание проводится при 1100 К. окончательное — при 1700... 1800 К. Нагревание осуществляется либо в специальных высокотемпературных печах, либо прямым пропусканием тока через образцы после их предварительного прогрева до температуры, при которой возникает достаточная электропроводность. При температуре окончательного спекания 1700... 1800 К образуются крупнозернистые образцы с кристаллами до 2 мм. Чтобы получить более мелкозернистую структуру, температуру спекания снижают до 1300... 1400 К. Монокристаллы оксида цинка выращивают гидротермальным способом и из газовой фазы.

Тонкие пленки оксида цинка ZnO можно получить испарением и конденсацией цинка на подложку в вакууме с последующим окислением пленки металла при нагревании в атмосфере кислорода или реактивным двухэлектродным ионным распылением Znв атмосфере Ar + О2.

Тонкие пленки ZnOобнаруживают пьезоэлектрический эффект.

Основные свойства оксида цинка

Молекулярная масса   81,38

Кристаллическая структура   Г

Постоянные кристаллической решетки, нм:

                                           а      0,3250

                                           с      0,5206

Плотность, Мг/м3   5,67

Температура, К:

плавления   2250

кипения   2000

Удельная теплоемкость, Дж/(кг×К)   495

Температурный коэффициент линейного расширения для
монокристалла, α
×I06, К-1         5,7|| а

                                                 5,2|| с

Удельное сопротивление, Ом×см  108…109

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К)      15…30

Твердость по шкале Мооса   4,0…5,0

Показатель преломления   1,96

Диэлектрическая проницаемость   8,5

Применение оксида цинка.

Оксид цинка применяется в радиоэлектронике для изготовления самоактивированного люминофора ZnO:Zn. Этот люминофор получают путем прокаливания ZnO в слабовосстановительной атмосфере оксида углерода при 1270 К- Цвет свечения люминофора— сине-зеленый, излучение характеризуется двумя максимумами., приходящимися на длины волн 0,385 мкм (ультрафиолетовая область) и 0,505 мкм (сине-зеленый участок спектра). Этот люминофор отличается очень коротким послесвечением, около 2 мкс.

Основное применение оксид цинка нашел в производстве варисторов, приборов, электрическое сопротивление которых сильно зависит от приложенного напряжения. На основе варисторов создаются ограничители перенапряжений (ОПН), подавляющие перенапряжения в электросетях.

Это обусловлено особым свойством варисторов – нелинейностью вольт-амперной характеристики. Нелинейностью вольт-амперной характеристики обладает и карбид кремния, но коэффициент нелинейности варисторов на основе оксида цинка на 1-1,5 порядка больше.

Для изготовления варисторов порошок ZnO субмикронного размера, оксиды других металлов ~5 % (висмута, кобальта, сурьмы, марганца, хрома) и неорганические связующие вещества смешивают, формуют под давлением ~104…106 МПа и производят обжиг в течение нескольких часов при температурах от 1200 до 1600 °С. В процессе реакционного взаимодействия происходит перенос материала через жидкую фазу от зерен оксида цинка с большой поверхностной энергией к зернам с меньшей поверхностной энергией. Материал в процессе спекания уплотняется, и в результате получается новая поликристаллическая структура.

Варистор на основе оксида цинка представляет собой поликристаллический полупроводниковый материал, отдельные зерна которого находятся в электрическом контакте друг с другом. В местах контакта зерен оксида цинка имеются тонкие изолирующие области, которые и обуславливают нелинейность вольт-амперной характеристики. Механизм нелинейности варисторов недостаточно изучен. Скорее всего, нелинейность обусловлена явлениями на межзеренных границах, а также определяющее влияние имеют и дополнительные добавки в составе варисторов.

Вас также может заинтересовать: