第三章电阻材料

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1、第三章第三章电阻材料电阻材料l电阻材料是指常用的电阻器、片式电阻器、混合电阻材料是指常用的电阻器、片式电阻器、混合集成电路中的薄膜和厚膜电阻器、可变电阻器和集成电路中的薄膜和厚膜电阻器、可变电阻器和电位器等所用的电阻体材料。电位器等所用的电阻体材料。l主要包括线绕电阻材料、薄膜电阻材料和厚膜电主要包括线绕电阻材料、薄膜电阻材料和厚膜电阻材料。阻材料。3.1 3.1 电阻材料概述电阻材料概述3.1.1 电阻、电阻器和电阻单位电阻、电阻器和电阻单位l电阻是指材料在一定程度上阻碍电流通过，并将电能电阻是指材料在一定程度上阻碍电流通过，并将电能转变为热能的一种物理性质。转变为热能的一种物理性质。VRI

2、将电阻材料做成具有一定形状、结构的实体元件，称为电将电阻材料做成具有一定形状、结构的实体元件，称为电阻器或电阻元件，在电子设备中起调节和分配电能的作用。阻器或电阻元件，在电子设备中起调节和分配电能的作用。在电路中常用作分压、调压、分流、消耗电能的负载及滤在电路中常用作分压、调压、分流、消耗电能的负载及滤波元件等。波元件等。电阻器可根据形状分为线绕电阻器、合金箔电阻器、薄膜电阻器可根据形状分为线绕电阻器、合金箔电阻器、薄膜电阻器、厚膜电阻器、实心电阻器、片式电阻器；或根据电阻器、厚膜电阻器、实心电阻器、片式电阻器；或根据阻值变化分为固定电阻器、可变电阻器、电位器。阻值变化分为固定电阻器、可变电阻

3、器、电位器。3.1.2 电阻率和膜电阻电阻率和膜电阻l导体的电阻值取决于导电材料的性质和几何尺导体的电阻值取决于导电材料的性质和几何尺寸：寸：LRS L为导体的长度，为导体的长度，S为导体的横截面积，为导体的横截面积，为与为与材料有关的常数，称为电阻率。材料有关的常数，称为电阻率。材料的电阻率决定该材料是导体、半导体还是材料的电阻率决定该材料是导体、半导体还是绝缘体，电阻率的大小取决于材料的种类、结绝缘体，电阻率的大小取决于材料的种类、结构以及环境条件。构以及环境条件。3.1.3 电阻与温度的关系电阻与温度的关系l材料的电阻率是温度的函数，除了热敏电阻等材料的电阻率是温度的函数，除了热敏电阻等

4、特殊器件外，一般要求电阻材料阻值随温度变特殊器件外，一般要求电阻材料阻值随温度变化越小越好，常用电阻温度系数表示电阻器对化越小越好，常用电阻温度系数表示电阻器对温度的稳定性。温度的稳定性。RdRRdT 不同电阻材料由于导电机理不同，电阻与温度的不同电阻材料由于导电机理不同，电阻与温度的关系也不同。关系也不同。1.纯金属纯金属l金属的电阻是自由电子与晶格的振动相互碰金属的电阻是自由电子与晶格的振动相互碰撞引起散射产生的，其电阻率与温度成正比：撞引起散射产生的，其电阻率与温度成正比：l电阻温度系数为：电阻温度系数为：MAT 1RT 2.合金材料合金材料l在金属中加入其它金属杂质原子以后，破坏在金属

5、中加入其它金属杂质原子以后，破坏原有晶格的周期性排列，增加自由电子的散原有晶格的周期性排列，增加自由电子的散射几率，从而使得合金电阻率高于纯金属电射几率，从而使得合金电阻率高于纯金属电阻率：阻率：l为合金的电阻率，为合金的电阻率，0为纯金属的电阻率，为纯金属的电阻率，i为杂质散射增加的电阻率，与温度无关。为杂质散射增加的电阻率，与温度无关。合金材料的电阻温度系数为：合金材料的电阻温度系数为：lB是与杂质有关的常数。是与杂质有关的常数。0i1RBT 3.金属和合金薄膜电阻材料金属和合金薄膜电阻材料l金属和合金薄膜电阻材料简称金属膜，一般用真空蒸发、金属和合金薄膜电阻材料简称金属膜，一般用真空蒸发

6、、溅射、化学沉积等方法制备。结构包括：无定形结构；没溅射、化学沉积等方法制备。结构包括：无定形结构；没有择优取向的多晶结构；择优取向的多晶结构。有择优取向的多晶结构；择优取向的多晶结构。l金属膜的结构和性能与膜厚有关：金属膜的结构和性能与膜厚有关：l厚度大于厚度大于100 nm，电性能与块状金属类似，有较小，电性能与块状金属类似，有较小的电阻率和正的电阻温度系数；的电阻率和正的电阻温度系数；l厚度在几十到厚度在几十到100 nm，电阻率随厚度减小逐渐增大，电阻率随厚度减小逐渐增大，电阻温度系数逐渐减小接近于零；电阻温度系数逐渐减小接近于零；l厚度在几纳米到几十纳米，电阻率随厚度减小急剧增大，厚

7、度在几纳米到几十纳米，电阻率随厚度减小急剧增大，电阻温度系数变成负值，电阻率与温度关系类似与半导体电阻温度系数变成负值，电阻率与温度关系类似与半导体材料。材料。4.合成型电阻材料合成型电阻材料l用颗粒形的导电材料加上绝缘的填充料和粘结剂用颗粒形的导电材料加上绝缘的填充料和粘结剂组成的电阻材料称为合成型电阻材料。通过改变组成的电阻材料称为合成型电阻材料。通过改变导电颗粒种类、多少、颗粒的粗细、分散性可以导电颗粒种类、多少、颗粒的粗细、分散性可以改善合成物性能。改善合成物性能。5.半导体电阻材料半导体电阻材料l一些金属氧化物、化合物和盐，在配料、成型、一些金属氧化物、化合物和盐，在配料、成型、烧结

8、时加入杂质，或让它们的化学比失配，或出烧结时加入杂质，或让它们的化学比失配，或出现缺氧和剩氧，或出现空格点，用这种方法制得现缺氧和剩氧，或出现空格点，用这种方法制得的电阻材料显示半导体特性。的电阻材料显示半导体特性。l半导体中载流子浓度与温度有关，温度升高载流半导体中载流子浓度与温度有关，温度升高载流子浓度增加，电阻率降低，故半导体电阻材料的子浓度增加，电阻率降低，故半导体电阻材料的电阻率温度系数为负值。电阻率温度系数为负值。3.1.4 电阻材料的电压特性电阻材料的电压特性l在外加电压下，电阻材料的电阻值一般是线性的。若电在外加电压下，电阻材料的电阻值一般是线性的。若电阻材料内部结构不均匀、不

9、致密、不连续、接触不良、阻材料内部结构不均匀、不致密、不连续、接触不良、存在缺陷、颗粒分散不均，就会出现非线性。通常电阻存在缺陷、颗粒分散不均，就会出现非线性。通常电阻的非线性表现为电压升高电阻下降。评定电阻材料的非的非线性表现为电压升高电阻下降。评定电阻材料的非线性，常用电压系数和测量电阻的三次谐波来衡量。线性，常用电压系数和测量电阻的三次谐波来衡量。l电阻的电压系数（电阻的电压系数（VCR）指在规定的电压范围内，电）指在规定的电压范围内，电压每改变压每改变1V，电阻值的平均相对变化，电压系数总是，电阻值的平均相对变化，电压系数总是负值。负值。21121()RRKR VV3.1.5 电阻材料

10、噪声电阻材料噪声l电阻材料的噪声是电阻材料中一种不规则的电压电阻材料的噪声是电阻材料中一种不规则的电压起伏，包括热噪声和电流噪声。起伏，包括热噪声和电流噪声。l热噪声是自由电子不规则的热运动，使电阻体的热噪声是自由电子不规则的热运动，使电阻体的任意两点间发生电压的不规则起伏，与电阻值和任意两点间发生电压的不规则起伏，与电阻值和温度有关。温度有关。l电流噪声是由于电阻材料内部结构不均匀引起的，电流噪声是由于电阻材料内部结构不均匀引起的，当电阻材料通过电流时，由于接触电阻的起伏，当电阻材料通过电流时，由于接触电阻的起伏，或载流子浓度的起伏而引起电压的起伏。或载流子浓度的起伏而引起电压的起伏。3.2

11、 3.2 线绕电阻材料线绕电阻材料 3.2.1 线绕电阻材料的特点和要求线绕电阻材料的特点和要求l线绕电阻材料主要指电阻合金线，用不同规格的电阻合线绕电阻材料主要指电阻合金线，用不同规格的电阻合金线绕在绝缘的骨架上可以制成线绕电阻器和电位器。金线绕在绝缘的骨架上可以制成线绕电阻器和电位器。元件种类元件种类对电阻合金线的要求对电阻合金线的要求线绕电阻器线绕电阻器电阻率适当（满足阻值要求）；电阻温度系数小；可电阻率适当（满足阻值要求）；电阻温度系数小；可使用温度范围高；电阻值长期稳定，年变化率小；对使用温度范围高；电阻值长期稳定，年变化率小；对铜的热电势小；机械性能好（具有一定的抗拉强度和铜的热电