RU2614738C1 - Resistive material based on non-stoichiometric sulphides - Google Patents
Resistive material based on non-stoichiometric sulphides Download PDFInfo
- Publication number
- RU2614738C1 RU2614738C1 RU2015157469A RU2015157469A RU2614738C1 RU 2614738 C1 RU2614738 C1 RU 2614738C1 RU 2015157469 A RU2015157469 A RU 2015157469A RU 2015157469 A RU2015157469 A RU 2015157469A RU 2614738 C1 RU2614738 C1 RU 2614738C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- time
- stoichiometric
- resistive material
- resistance
- electrical resistance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радио- и микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении электронных устройств, элементов электронных схем с функциональной зависимостью электросопротивления от времени, работающих в области температур 10-150°С.The invention relates to radio and microelectronics and can be used in the manufacture of electronic devices, elements of electronic circuits with a functional dependence of electrical resistance on time, operating in the temperature range of 10-150 ° C.
Известен резистивный материал с функциональной зависимостью электросопротивления от времени, содержащий селенид серебра, селенид германия и селенид мышьяка (патент РФ №2066076, МПК6 Н01С 7/00, опубл. 27.08.1996).Known resistive material with a functional dependence of electrical resistance on time, containing silver selenide, germanium selenide and arsenic selenide (RF patent No. 2066076, IPC6 НСС 7/00, publ. 08/27/1996).
Недостатком этого материала является малое, по сравнению с известным из уровня техники, значение удельного электрического сопротивления.The disadvantage of this material is the small, in comparison with the known from the prior art, the value of electrical resistivity.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является резистивный материал с функциональной зависимостью электросопротивления от времени, содержащий сульфид серебра, сульфид мышьяка и сульфид германия (патент РФ №1779192, МПК6 Н01С 7/00, опубл. 27.12.1996).The closest in technical essence to the present invention is a resistive material with a functional dependence of electrical resistance on time, containing silver sulfide, arsenic sulfide and germanium sulfide (RF patent No. 179192, IPC6 H01C 7/00, publ. 12/27/1996).
Патентуемый резистивный материал отличается от прототипа тем, что содержит нестехиометрический сульфид германия и нестехиометрический сульфид мышьяка, добавление которых влияет на получаемый технический результат. В частности, величина удельного электрического сопротивления увеличивается на порядок, а время релаксации электросопротивления увеличивается до ~ 100 минут.Patented resistive material differs from the prototype in that it contains non-stoichiometric germanium sulfide and non-stoichiometric arsenic sulfide, the addition of which affects the obtained technical result. In particular, the value of electrical resistivity increases by an order of magnitude, and the relaxation time of electrical resistance increases to ~ 100 minutes.
Задача изобретения состоит в создании резистивного материала с функциональной зависимостью сопротивления от времени с большим (табл. 1 Фиг. 1) временем установления тока и большим (табл. 1 Фиг. 1) сопротивлением для использования в микроэлектронной аппаратуре с малыми значениями токов и напряжений (резисторы с сопротивлением, зависящим от времени, переключатели и т.д.), где требуются переключения в течение промежутков времени 25-110 мин при 10-150°С.The objective of the invention is to create a resistive material with a functional dependence of the resistance on time with a large (table. 1 Fig. 1) time to establish current and a large (table. 1 Fig. 1) resistance for use in microelectronic equipment with low values of currents and voltages (resistors with time-dependent resistance, switches, etc.), where switching is required for periods of 25-110 minutes at 10-150 ° C.
Поставленная задача достигается за счет того, что резистивный материал содержит нестехиометрический сульфид германия и нестехиометрический сульфид серебра и отвечает общей формуле 0,5(Ag2S)⋅(Ge1+xS)⋅0,5(As2-2xS3), где 0,4≤х≤0,8. Конкретные примеры реализации изобретения представлены в табл. 2 (Фиг. 2).The problem is achieved due to the fact that the resistive material contains non-stoichiometric germanium sulfide and non-stoichiometric silver sulfide and corresponds to the general formula 0.5 (Ag 2 S) ⋅ (Ge 1 + x S) ⋅ 0.5 (As 2-2x S 3 ) where 0.4≤x≤0.8. Specific examples of the invention are presented in table. 2 (Fig. 2).
Между совокупностью существенных признаков заявленного объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно нестехиометричность сульфидов германия и мышьяка при синтезе обеспечивает такие свойства материалов, как величину удельного электросопротивления порядка 105-106 Ом⋅м, величину времени релаксации электросопротивления 11-100 минут, времени релаксации электропроводности 70-196 секунд, времени установления тока 25-110 минут.There is a causal relationship between the totality of the essential features of the claimed object and the achieved technical result, namely, the non-stoichiometry of germanium and arsenic sulfides in the synthesis provides such material properties as electrical resistivity of the order of 10 5 -10 6 Ohm⋅m, electrical relaxation time of 11- 100 minutes, conductivity relaxation time 70-196 seconds, current settling time 25-110 minutes.
Предлагаемый резистивный материал получают из исходных компонентов, взятых в виде чистых элементов (серебро, германий, мышьяк, сера) в количествах, соответствующих приведенной выше общей формуле, спеканием при определенной температуре.The proposed resistive material is obtained from the starting components taken in the form of pure elements (silver, germanium, arsenic, sulfur) in amounts corresponding to the above general formula, by sintering at a certain temperature.
Пример. x=0,4. Металлическое серебро в количестве 4,3143 г, германий в количестве 4,0651 г, мышьяк в количестве 1,7978 г, сера в количестве 4,0647 г спекаются в атмосфере инертных газов при специально подобранных температурах. Готовый продукт отвечает общей формуле 0,5(Ag2S)⋅(Ge1+xS)⋅0,5(As2-2xS3), где 0,4≤х≤0,8, и представляет собой однородный слиток красноватого оттенка с металлическим блеском и раковистым изломом, характерным для стеклообразных материалов, прозрачный на просвет при толщине менее 0,5 мм.Example. x = 0.4. Metallic silver in an amount of 4.3143 g, germanium in an amount of 4.0651 g, arsenic in an amount of 1.7978 g, sulfur in an amount of 4.0647 g are sintered in an atmosphere of inert gases at specially selected temperatures. The finished product meets the general formula 0.5 (Ag 2 S) ⋅ (Ge 1 + x S) ⋅0.5 (As 2-2x S 3 ), where 0.4≤x≤0.8, and is a homogeneous ingot a reddish hue with a metallic luster and a conchoid fracture characteristic of glassy materials, transparent to light with a thickness of less than 0.5 mm.
Аналогично получали образцы резистивного материала, составы исходных шихт и конечного продукта которых приведены в табл. 2 (Фиг. 2).Similarly received samples of resistive material, the compositions of the initial mixture and the final product of which are given in table. 2 (Fig. 2).
Для измерения электрических характеристик резистивного материала из полученных слитков подготовили образцы в форме прямоугольных параллелепипедов. Поляризационные зависимости электросопротивления от времени измеряли двухэлектродным методом при приложении к асимметричной ячейке с образцом постоянной разности потенциалов с указанной полярностью:To measure the electrical characteristics of the resistive material from the obtained ingots, samples were prepared in the form of rectangular parallelepipeds. The polarization dependences of the electrical resistance on time were measured by the two-electrode method when a constant potential difference with the indicated polarity was applied to an asymmetric cell with a sample:
+ обратимый электрод | образец | блокирующий ионный компонент электрод | -+ reversible electrode | sample | blocking ion component electrode | -
На Фиг. 3 изображены кривые зависимости удельного электросопротивления патентуемого резистивного материала от времени при 27°С. Зависимость 1 относится к составу с x=0,5, зависимость 2 - к составу с x=0,6.In FIG. Figure 3 shows the curves of the electrical resistivity of a patented resistive material versus time at 27 °
На Фиг. 4 изображена зависимость удельной электропроводности патентуемого резистивного материала (х=0,8) от времени при 27°С.In FIG. 4 shows the dependence of the electrical conductivity of the patented resistive material (x = 0.8) on time at 27 ° C.
Процесс плавного падения силы тока и увеличения электросопротивления со временем обусловлен постепенным подавлением ионной составляющей проводимости за счет явления поляризации. При этом подвижные ионы серебра концентрируются вблизи отрицательно заряженного электрода, создавая градиент концентрации по образцу. Наличие градиента концентрации положительно заряженных ионов серебра приводит к возникновению диффузионного потока ионов, направленного в противоположную по отношению к дрейфовому потоку ионов сторону. В стационарном состоянии дрейфовый и диффузионный потоки ионов компенсируют друг друга и через образец течет только электронный ток. Следовательно, электропроводность образца уменьшается от своей величины в нулевой момент времени, соответствующей полной (ионной и электронной) проводимости, до величины, равной электронной проводимости в установившемся поляризованном состоянии. Прикладываемая к образцу разность потенциалов выбирается меньше той величины, при которой начинается электролиз материала.The process of a smooth drop in current strength and an increase in electrical resistance with time is due to the gradual suppression of the ionic component of conductivity due to the polarization phenomenon. In this case, mobile silver ions are concentrated near a negatively charged electrode, creating a concentration gradient over the sample. The presence of a concentration gradient of positively charged silver ions leads to the appearance of a diffusion ion flux directed in the opposite direction with respect to the drift ion flux. In the stationary state, the drift and diffusion fluxes of ions cancel each other and only the electron current flows through the sample. Consequently, the conductivity of the sample decreases from its value at time zero, corresponding to the total (ionic and electronic) conductivity, to a value equal to the electronic conductivity in a steady polarized state. The potential difference applied to the sample is selected less than the value at which the electrolysis of the material begins.
Из анализа приведенных на Фиг. 3 и Фиг. 4 поляризационных зависимостей оценивали время релаксации электросопротивления, время релаксации электропроводности и время установления тока. За время релаксации электросопротивления, как и в прототипе (патент РФ №1779192, МПК6 Н01С 7/00, опубл. 27.12.1996), принимали промежуток времени от момента приложения постоянной разности потенциалов к ячейке до момента времени, когда электросопротивление достигает 90% от величины установившегося при больших временах приложения постоянной разности потенциалов. Под временем релаксации электропроводности будем понимать время, в течение которого электропроводность уменьшается от своего начального значения в момент времени приложения постоянной разности потенциалов к ячейке t0 в е раз. За величину времени установления тока принимали промежуток времени от момента t0 до момента выхода электросопротивления на стационарное состояние (почти не изменяется).From the analysis of FIG. 3 and FIG. Four polarization dependences were evaluated for the relaxation time of the electrical resistance, the relaxation time of the electrical conductivity, and the settling time of the current. During the relaxation of electrical resistance, as in the prototype (RF patent No. 179192, IPC6 НСС 7/00, publ. 12/27/1996), the time interval from the moment of applying a constant potential difference to the cell was taken up to the point in time when the electrical resistance reaches 90% of the value of the constant potential difference established during long times of application. Under conductivity relaxation time we mean the time during which the electrical conductivity decreases from its initial value at the time point of constant potential difference to t 0 cell in e. For the value of the current settling time, we took the time interval from the moment t 0 until the moment the electrical resistance reaches the stationary state (almost does not change).
Времена релаксации электропроводности патентуемых материалов получали из аппроксимации экспоненциальной функцией зависимостей удельной электропроводности от времени приложения постоянной разности потенциалов к ячейке. Кривые поляризационных зависимостей электропроводности патентуемых материалов хорошо аналитически описываются формулой двойной экспоненты , где t1 и t2 - два времени релаксации, одно из которых (меньшее) характеризует процессы релаксации в приэлектродных слоях образца, а второе (большее) характеризует процессы релаксации, связанные с особенностями атомной структуры материалов (Н.В. Мельникова, К.В. Курочка, О.Л. Хейфец, Н.И. Кадырова, Я.Ю. Волкова. Известия РАН. Серия физическая. - 2015. - Т. 79, №6. - С. 790-794). Усредненное время релаксации электропроводности рассчитывалось путем аппроксимации поляризационных зависимостей экспоненциальной функцией (τ - усредненное время релаксации электропроводности).The relaxation times of the electrical conductivity of the patented materials were obtained from the approximation by the exponential function of the dependences of the electrical conductivity on the time of application of a constant potential difference to the cell. The polarization curves of the electrical conductivity of patented materials are well analytically described by the double exponential formula , where t 1 and t 2 are two relaxation times, one of which (lesser) characterizes the relaxation processes in the electrode layers of the sample, and the second (more) characterizes relaxation processes associated with the peculiarities of the atomic structure of materials (N.V. Melnikova, K. V. Kurochka, O. L. Kheyfets, N. I. Kadyrova, Y. Yu. Volkova. Izvestia RAS. Physical Series. - 2015. - T. 79, No. 6. - S. 790-794). The average relaxation time of the electrical conductivity was calculated by approximating the polarization dependences by an exponential function (τ is the average relaxation time of the electrical conductivity).
Результаты измерения электронной и ионной составляющих проводимости при 27°С, а также значения времени релаксации электросопротивления, времени релаксации электропроводности (τ) и времени установления тока для составов с различными значениями х приведены в табл. 2 (Фиг. 2).The results of measuring the electronic and ionic components of the conductivity at 27 ° C, as well as the values of the relaxation time of the electrical resistance, the relaxation time of the electrical conductivity (τ) and the current settling time for compositions with different x values are given in Table. 2 (Fig. 2).
Результаты исследования доли электронной компоненты проводимости, величины удельного электросопротивления, времени релаксации электросопротивления и области рабочих температур в заявляемом материале и в материале, являющемся прототипом, представлены в табл. 1 (Фиг. 1).The results of the study of the share of the electronic component of conductivity, the value of electrical resistivity, relaxation time of electrical resistance and the range of operating temperatures in the claimed material and in the material that is the prototype are presented in table. 1 (Fig. 1).
Из табл. 1 (Фиг. 1) следует, что величина электросопротивления материалов 0,5(Ag2S)⋅(Ge1+xS)⋅0,5(As2-2xS3) превышает величину электросопротивления материалов, являющихся прототипом, на порядок, а время релаксации электросопротивления патентуемых материалов заметно превышает время релаксации электросопротивления материалов, являющихся прототипом.From the table. 1 (Fig. 1) it follows that the value of the electrical resistance of materials 0.5 (Ag 2 S) ⋅ (Ge 1 + x S) ⋅0.5 (As 2-2x S 3 ) exceeds the electrical resistance of materials that are a prototype, by an order of magnitude and the relaxation time of the electrical resistance of the patented materials is significantly longer than the relaxation time of the electrical resistance of the materials that are the prototype.
Такое увеличение значения сопротивления позволяет применять заявляемые материалы в качестве резисторов в микроэлектронной аппаратуре с малыми значениями токов и напряжений, где требуются функциональная зависимость сопротивления от времени, большие значения сопротивления и большие времена релаксации при 10-150°С.Such an increase in the resistance value allows the use of the inventive materials as resistors in microelectronic equipment with small values of currents and voltages, where a functional dependence of the resistance on time, large resistance values and long relaxation times at 10-150 ° C are required.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015157469A RU2614738C1 (en) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | Resistive material based on non-stoichiometric sulphides |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015157469A RU2614738C1 (en) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | Resistive material based on non-stoichiometric sulphides |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2614738C1 true RU2614738C1 (en) | 2017-03-29 |
Family
ID=58507185
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015157469A RU2614738C1 (en) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | Resistive material based on non-stoichiometric sulphides |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2614738C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4494997A (en) * | 1983-06-15 | 1985-01-22 | Westinghouse Electric Corp. | Ion implant mask and cap for gallium arsenide structures |
RU2066076C1 (en) * | 1994-07-18 | 1996-08-27 | Уральский государственный университет им. А.М.Горького | Resistive material |
SU1779192A1 (en) * | 1990-12-17 | 1996-12-27 | Уральский Государственный Университет Им.А.М.Горького | Resistive material |
US8467236B2 (en) * | 2008-08-01 | 2013-06-18 | Boise State University | Continuously variable resistor |
RU2533551C1 (en) * | 2013-07-23 | 2014-11-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Resistive material |
-
2015
- 2015-12-31 RU RU2015157469A patent/RU2614738C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4494997A (en) * | 1983-06-15 | 1985-01-22 | Westinghouse Electric Corp. | Ion implant mask and cap for gallium arsenide structures |
SU1779192A1 (en) * | 1990-12-17 | 1996-12-27 | Уральский Государственный Университет Им.А.М.Горького | Resistive material |
RU2066076C1 (en) * | 1994-07-18 | 1996-08-27 | Уральский государственный университет им. А.М.Горького | Resistive material |
US8467236B2 (en) * | 2008-08-01 | 2013-06-18 | Boise State University | Continuously variable resistor |
RU2533551C1 (en) * | 2013-07-23 | 2014-11-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Resistive material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Alim et al. | Electrical barriers in the ZnO varistor grain boundaries | |
Engstrom et al. | Ionic conductivity of sodium beta ″-alumina | |
Holzlechner et al. | Oxygen vacancy redistribution in PbZrxTi1− xO3 (PZT) under the influence of an electric field | |
Mirzayi et al. | Effect of V2O5 on electrical and microstructural properties of ZnOceramics | |
Hohmann et al. | In situ Hall effect and conductivity measurements of ITO thin films | |
RU2614738C1 (en) | Resistive material based on non-stoichiometric sulphides | |
Souri et al. | Electrical conductivity of V 2 O 5–TeO 2–Sb glasses at low temperatures | |
RU2533551C1 (en) | Resistive material | |
RU2614942C1 (en) | Resistive material based on glass chalcogenides with nanotubes | |
Kalaev et al. | Negative differential resistance and hysteresis in Au/MoO 3− δ/Au devices | |
Ivon et al. | Grain resistivity in zinc oxide and tin dioxide varistor ceramics | |
Balitska et al. | On the analytical description of ageing kinetics in ceramic manganite-based NTC thermistors | |
Wei et al. | Gradual electroforming and memristive switching in Pt/CuOx/Si/Pt systems | |
RU2066076C1 (en) | Resistive material | |
Gowda et al. | Ionic conductivity of praseodymium doped silver-borate glasses | |
JP2008010604A (en) | Resistor thin film material, resistor thin film, sputtering target for forming the same, and thin-film resistor and its manufacturing method | |
Ohno et al. | The electrical conductivity and thermopower of liquid Ag1-xSx alloys near the stoichiometric composition Ag2S | |
Lukić et al. | DC and AC conductivities of (As2S3) 100− x (AsSe0. 5Te0. 5I) x chalcogenide glasses | |
Salman et al. | Impedance measurements of some silver ferro-phosphate glasses | |
Kolbunov et al. | The influence of microstructure and phase composition of glass ceramics in the VO2–V2O5–P2O5–Cu2O–SnO2 system on the electrical properties related to the metal–semiconductor phase transition | |
Palui et al. | Dielectric relaxation of selenium-tellurium mixed former glasses | |
Nowak-Woźny et al. | Fractional electrical model for modified bismuth oxide | |
van Beveren et al. | Indium tin oxide film characterization using the classical Hall Effect | |
Xu et al. | An atomic switch using oxygenated amorphous carbon as solid electrolyte | |
Latia et al. | Fast ion conduction in silver molybdenum phosphate glasses |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190101 |