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Auteur(s)
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Alain LAGRANGE : Doctorat de 3 cycle Électronique - Responsable marketing Recherches et développement à Thomson‐LCC
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les résistances non linéaires appartiennent à la famille des composants électroniques passifs et sont utilisées, de par leur propriété unique, dans de nombreux domaines de l’électronique. Elles sont caractérisées par leur grande sensibilité à la température, inconvénient majeur pour les composants électroniques, mais défaut exploité et même renforcé dans le cas des résistances non linéaires.
Elles sont utilisées en tant qu’éléments de protection série des circuits électroniques, limiteurs de courant, détecteurs et régulateurs de température, éléments chauffants, etc.
Les propriétés particulières de ces semiconducteurs polycristallins sont principalement liées soit aux caractéristiques intrinsèques des cristallites (thermistance à coefficient de température négatif) soit aux caractéristiques des joints de grains (thermistances à coefficient de température positif).
La demande toujours croissante de ces composants est due à leur faible coût, leur simplicité de montage et leur sensibilité thermique. L’évolution technique actuelle est orientée vers la miniaturisation, et plus particulièrement la présentation de ces composants sous forme de chips adaptés à la technologie de report en surface sur circuits imprimés.
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- Version courante de févr. 2015 par Alain BEAUGER, Alain LAGRANGE
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2. Thermistances CTN
2.1 Origine de la conductivité
Les thermistances à coefficient de température négatif (CTN) sont des matériaux céramiques semiconducteurs cristallisant le plus souvent sous la forme d’une structure spinelle indiquée à la figure 3.
La maille cristalline élémentaire est constituée de sites cristallographiques octaédriques et tétraédriques aux sommets desquels se trouvent des ions oxygènes.
La conduction résulte d’un mécanisme de hopping, c’est‐à‐dire d’un saut d’électrons entre les cations d’état de valence différents présents sur des sites équivalents (sites octaédriques dans le cas des spinelles). Les thermistances CTN sont généralement dérivées de la structure Mn3O4 et plus précisément
. Cette structure de nature isolante est rendue semiconductrice par substitution partielle des ions Mn3 + par des ions divalents comme le nickel par exemple :
Cette structure laisse prévoir un minimum de résistivité pour x = 2 / 3 c’est‐à‐dire lorsque le nombre de paires Mn3 + Mn4 + est maximal (figure 4).
La variation de la résistance en fonction de la température peut être représentée en première approximation par l’expression suivante :
avec :
- C :
- constante
- B :
- (K) indice de sensibilité thermique
- T :
- température absolue de la CTN.
Dans un intervalle de température réduit, le coefficient de température α s’exprime en fonction de l’indice B :
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ANNEXES
La répartition du marché global des thermistances CTN et CTP est indiquée sur la figure .
Le marché mondial est estimé à environ 4 milliards de francs dont près de la moitié localisé au Japon avec une croissance de l’ordre de 7 % par an. Les quantités produites sont supérieures au milliard de pièces.
HAUT DE PAGE
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Thermistances
HYDE (F.J.) - Thermistors. - London lliffe Books (1971).
MACKLEN (E.D.) - Thermistors. - Electrochemical Publications. Scotland (1979).
LAGRANGE (A.) - Utilisation des poudres obtenues par chimie douce dans le domaine des céramiques semiconductrices : mythe ou réalité industrielle ? - SEE Technologie des céramiques pour l’électronique et l’électrotechnique. Lannion, 15 –16 mai 1990.
Thermistances CTN
CAFFIN (J.P.) - ROUSSET (A.) - CARNET (R.) - LAGRANGE (A.) - Chemical preparation of NTC thermistors with low resistivity and high stability. - High Tech Ceramics. Elsevier (1987).
LAGRANGE (A.) - Conception of electronic ceramics in relation to their functional reliability : Applications to multilayer ceramic capacitors and semiconductor ceramics. - Materials Science and Engineering. A 109, p. 113‐119 (1989).
PROHAMMER (M.) - ZETTL (F.) - ZODL (H.) - Nonlinear resistors in multilayer technology. - Carts Europe (1992).
ROUSSET (A.) - LEGROS (R.) - LAGRANGE (A.) - Recent progress in the fabrication of Ceramic Negative Temperature Coefficient Thermistors. - Journal of European Ceramic Society 13, p. 185‐195 (1994).
Thermistances CTP
Grain boundary phenomena in Electronics Ceramics...
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