NTC系列半导体纳米粉体技术产业化取得进展

2017-09-05 14:16:19 未知

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经过多年研发，西北工业大学苏力宏副教授成功研发出了满足负温度系数半导体（NTC）电阻电子浆料应用的锰钴镍（MCN）系列化多品种氧化物纳米粉料，并应用于民用领域。采用此纳米粉料所配电子浆料烧制的薄膜性能测试优异，已由相关公司成功应用于制造NTC电阻器件中。这是国内首次将NTC纳米粉料用于工业电子元器件制造领域，且材料配方由苏力宏通过长期实验摸索形成了系列化，拥有自主知识产权。

过渡金属锰、铜、硅、钴、铁、镍等的氧化物组成半导体材料，是一类电阻值随温度增大而减小具有负温度系数（NTC）的热敏电阻半导体材料，属于稳定性和寿命最好的NTC电阻材料，大多属于尖晶石结构的氧化物陶瓷。这类材料所制器件产品可广泛应用于工业电子设备、电源设备、测试仪器仪表等中，既可用于集成电路对电子电路浪涌消除、温度的精密探测和监控、液面测定、气压测定、火灾报警、气象探空、开关电路、自动增益调整等领域，还可用于航天航空的红外探测薄膜、微波和激光功率测量等，具有广阔的市场应用前景和战略价值。作为功率NTC热敏电阻，可在电路电源接通瞬间，抑制电路中产生的高倍浪涌电流。NTC热敏电阻器的初始阻值较大，可以抑制集成电路线路中过大的电流，从而保护电源电路及负载。当电路进入正常工作状态时，NTC热敏电阻器由于通过电流引起阻体温度上升，电阻值下降至很小，不会影响电路的正常工作。NTC热敏电阻器可以近似认为起到一个完美的集成电路自动可恢复保险丝功能，所以被大规模应用于集成电路中，日常每个人的手机和电脑、移动基站、网络服务器中都要用到这一元件，可以说有集成电路的地方，就有它的身影。

日美相关企业对此类所制半导体纳米粉体材料垄断式代工销售，导致国内生产的手机和电脑几乎90%以上的微小型高精度NTC电阻器件的半导体材料均来自日美企业，每年进口量上百亿片。传统国产NTC电阻属于体积大精度差的型号，无法满足大规模集成电路小型化高精度和高集成度的要求，相关企业面临产业升级压力。轮船、飞机和高铁上的高性能高精度微型化热敏器件，特殊情况下也会面临国外禁售的威胁。解决NTC微型化元器件用纳米半导体材料的国产化，有着极为关键的产业升级带动作用和战略意义。

苏力宏一直从事纳米粉体制备应用以及理论研究。他与学生对国产设备进行多年改造，通过反复试验，实现了纳米粉体均匀性的大幅提高，所获得颗粒粒径分布偏差可以实现了正负5-100纳米尺度可控，并且克服了纳米材料制备研究中过去二十年来的世界范围普遍性难题。通过工艺和设备改进，可以实现纳米粉体在干燥后，仍然保持很好的单分散性。在检测技术上，他也对纳米粉分散性如何评价分析样品处理等形成了专有技术。

苏力宏的研究，在我国航天卫星技术研究开发过程中，取得了纳米粉烧制薄膜致密性提高的突破。但由于航天用量极少，为了提高技术适用性，使普通大众受益，苏力宏数年来通过改变配方和工艺，开拓了纳米粉的民用NTC热敏电阻用途，实现了民用过渡金属氧化物锰、铜、硅、钴、铁、镍等两种或两种以上的氧化物组成半导体纳米粉体材料制造工艺方式的重大革新，是一个军转民典型项目。所获得粉料全部为纳米级别，实现了NTC系列半导体纳米粉体的单分散、大小和全部球形形貌的高度均匀性制造。目前此技术所制半导体纳米粉体已经形成了六大系列不同阻值和热敏指数的品种，通过与其他多家单位协作，已经制成了批量器件成品样件。这是我国首次采用纳米半导体粉体原料制备成民用微小型高精度NTC电阻器件，中国已成为完全掌握这一半导体热敏器件制造技术全产业链的国家。

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