氧化锌压敏电阻的老化机理教材

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不同添加剂ZnO压敏电阻交流老化特性的开题报告

不同添加剂ZnO压敏电阻交流老化特性的开题报告
题目：不同添加剂ZnO压敏电阻交流老化特性
研究背景：
压敏电阻是一种广泛应用于电子电路保护和测量领域的传感器材料，具有很高的灵敏度和响应速度。

而ZnO是一种常用的压敏电阻材料，其
性能和稳定性与其制备工艺、添加剂等因素密切相关。

目前，研究中普
遍采用直流电压对ZnO压敏电阻进行老化实验，但在实际应用中，压敏
电阻大多数情况下工作在交流电压下。

因此，研究不同添加剂ZnO压敏
电阻在交流电压下的老化特性对其实际应用具有重要意义。

研究目的：
本研究旨在探究不同添加剂对ZnO压敏电阻在交流电压下的老化特
性的影响，为其在实际应用中的稳定性提供理论支持。

研究方法：
1. 合成不同添加剂的ZnO粉末：采用化学共沉淀法合成不同添加剂的ZnO粉末。

2. 制备压敏电阻样品：将合成的ZnO粉末与有机高分子材料混合，制备成压敏电阻样品。

3. 测量交流老化特性：将不同添加剂ZnO压敏电阻样品置于交流电压下进行老化实验，测量其电阻值的变化。

研究意义：
本研究将探究不同添加剂对ZnO压敏电阻在交流电压下的老化特性
的影响，为其在实际应用中的稳定性提供指导意义。

同时，本研究还有
助于深入了解压敏电阻的工作原理和材料特性，以及优化其制备工艺和
材料配方。

GGY GNY系列氧化锌压敏电阻保护器说明书(09版)

R 科聚G G Y、G N Y系列氧化锌压敏电阻保护器ZnO VOLT-SENSITIVE PROTECTORS安徽时代科聚电气有限公司ANHUI TIME KEJU Electric Co. Ltd.1.产品概述氧化锌压敏电阻器是一种具有优良限压特性（压敏特性）的非线性电阻器，被国内外广泛用作电气系统过电压抑制元件。

本公司（原中国科学院等离子体物理研究所电器设备厂）从20世纪70年代起从事压敏电阻材料、器件的研究及应用开发，是国际上首先将高能氧化锌压敏电阻用于大型发电机转子灭磁及过电压保护，并实现产品化的单位。

本公司已形成从电子系统到电力系统，从低压到高压全系列的防雷过电压保护产品，所开发的各类压敏电阻阀片均具有独立知识产权，产品曾多次获得国家及省、部级奖励。

根据过电压的特点和不同电器设备保护的需要，多年来我们对上千例各种过电压保护问题进行分析，采用最新的微粉压敏材料制成高能型和高压型氧化锌压敏电阻阀片，开发出GNY、GGY系列压敏电阻器。

该电阻器具有能量容量大、残压低、动作速度快、保护性能稳定、适用范围广、体积小、安装简单、无须维护等特点，是传统过电压保护器的和早期氧化锌压敏电阻器的更新换代产品。

1.1 GNY高能型压敏电阻器系列主要应用于同步电机或直流电机的励磁回路、各类大功率半导体变换装置如整流器、逆变器、变频器、开关电源、UPS等以及电力机车高压变压器、三相电力变压器低压侧、大电感负载换流回路等大能量、宽脉冲过电压保护。

1.2 GGY高压型压敏电阻器系列主要用于抑制电气系统的各类操作过电压、回路谐振过电压和雷电感应过电压，还可用于大电流开关、接触器等的灭弧。

产品品种齐全，型式多样，不仅广泛应用于上述强电系统，还普遍用作电子设备、仪器、家电等过电压保护元件，保护性能稳定可靠。

2. 使用要求使用环境：温度不超过-40°C～+45°C，相对湿度在+40°C时不超过95%；使用场所：户内使用，一般安装于电气柜内。

基于回复电压法的ZnO压敏电阻冲击老化诊断

基于回复电压法的ZnO压敏电阻冲击老化诊断徐乐;游志远;胡玉玲;张洁茹;柏杨【摘要】针对如何准确诊断ZnO压敏电阻老化的问题,提出了一种新的诊断方法——回复电压法,通过对ZnO压敏电阻试样进行不同程度的冲击老化试验,并采用多种诊断方法对试样在冲击前后的老化状态进行测量,发现回复电压法同传统的压敏电压以及放电残压变化率法所得的结论相吻合,且回复电压法的主要参数回复电压最大值以及中心时间常数在冲击后呈现下降趋势,这与SEM电镜扫描试验得出的压敏电阻晶粒平均尺寸下降,电导率上升的结论相一致,进一步证明了回复电压法诊断的及时有效性,这对提高ZnO压敏电阻的老化诊断准确度具有一定的参考价值.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2016(044)001【总页数】6页(P136-141)【关键词】氧化锌压敏电阻;回复电压法;回复电压最大值;中心时间常数【作者】徐乐;游志远;胡玉玲;张洁茹;柏杨【作者单位】江苏省扬州市气象局,扬州225009;江苏省扬州市气象局,扬州225009;江苏省扬州市气象局,扬州225009;江苏省扬州市气象局,扬州225009;江苏省扬州市气象局,扬州225009【正文语种】中文ZnO压敏电阻是电力系统中一种重要的过电压防护装置，对保护设备免遭雷击损坏起到重要的保护作用[1-3]。

由于长期承受系统过电压以及泄放大电流，器件本身不可避免地存在老化现象，容易导致自身短路故障，导致保护失效继而引发系统火灾等危险。

因此准确掌握ZnO压敏电阻的老化情况，避免因其出现故障而引起保护失效具有重要意义。

如今针对ZnO压敏电阻老化的诊断方法有很多，但都存在着一些不足之处。

如最为广泛采用的方法是通过测量ZnO压敏电阻的压敏电压U1mA和漏电流Ileak这两个参数在老化前后的变化率，观测变化率是否达到阈值来判断压敏电阻老化状态，然而根据相关研究[4-6]，上述两个参数在老化过程中存在跳变现象，尚不能全面评估压敏电阻的老化状态。

电子元器件失效机理

摘要：电子元器件被广泛的应用于人们的生产和生活的各种装置中，是社会进步发展必不可少，具有极为重要的作用。

然而各类电子元器件在使用过程中不可避免地会出现失效现象。

因此分析元器件失效原因和老化机理，并提出可行的老化方法就显得尤为重要。

关键字：老化机理，失效原因Abstract：Electronic components are widely used in people's production and life, is essential for social progress and development, an extremely important role. However, the use of various electronic components will inevitably occur during the failure phenomenon. Therefore, the aging analysis of the causes and mechanisms of component failure, and put forward feasible method of aging is particularly important.Keyword：Aging mechanisms，failure causes1引言电子元器件在各种电子产品中有广泛的应用。

电子产品都有一定的使用寿命，这与电子元器件的寿命密切相关。

电子元器件在使用的过程有可能出现故障，即失去了原有的功能，从而使电子产品失效。

电子产品的应用十分的广泛，是生产生活所不能缺少的重要部分。

因此研究电子元器件的失效原因和老化机理，并提出可行的老化方法就具有重要意义。

老化是一种方法，即给电子元器件施加环境应力试验。

若了解电子元器件的老化机理就能提出可靠的老化，就可以剔除产生出有缺陷将会早期失效的元器件，因而保证了出产产品的使用寿命。

氧化锌压敏电阻的原理

压敏电阻原理概述本文就氧化锌压敏电阻的原理、特性、正确选用等问题进行简介，并提供一些应用电路实例供各位参考。

ZnO压敏电阻实际上是一种伏安特性呈非线性的敏感元件，在正常电压条件下，这相当于一只小电容器，而当电路出现过电压时，它的内阻急剧下降并迅速导通，其工作电流增加几个数量级，从而有效地保护了电路中的其它元器件不致过压而损坏，它的伏安特性是对称的，如图(1)a 所示。

这种元件是利用陶瓷工艺制成的，它的内部微观结构如图(1)b 所示。

微观结构中包括氧化锌晶粒以及晶粒周围的晶界层。

氧化锌晶粒的电阻率很低，而晶界层的电阻率却很高，相接触的两个晶粒之间形成了一个相当于齐纳二极管的势垒，这就是一压敏电阻单元，每个单元击穿电压大约为 3.5V，如果将许多的这种单元加以串联和并联就构成了压敏电阻的基体。

串联的单元越多，其击穿电压就超高，基片的横截面积越大，其通流容量也越大。

压敏电阻在工作时，每个压敏电阻单元都在承受浪涌电能量，而不象齐纳二极管那样只是结区承受电功率，这就是压敏电阻为什么比齐纳二极管能承受大得多的电能量的原因。

压敏电阻在电路中通常并接在被保护电器的输入端，如图(2)所示压敏电阻的Zv与电路总阻抗（包括浪涌源阻抗Zs）构成分压器，因此压敏电阻的限制电压为V=VsZv/(Zs+Zv)。

Zv的阻值可以从正常时的兆欧级降到几欧，甚至小于1Ω。

由此可见Zv在瞬间流过很大的电流，过电压大部分降落在Zs上，而用电器的输入电压比较稳定，因而能起到的保护作用。

图(3)所示特性曲线可以说明其保护原理。

直线段是总阻抗Zs，曲线是压敏电阻的特性曲线，两者相交于点Q，即保护工作点，对应的限制电压为V，它是使用了压敏电阻后加在用电器上的工作电压。

Vs为浪涌电压，它已超过了用电器的耐压值VL，加上压敏电阻后，用电器的工作电压V小于耐压值VL，从而有效地保护了用电器。

不同的线路阻抗具有不同的保护特性，从保护效果来看，Zs越大，其保护效果就越好，若Zs=0，即电路阻抗为零，压敏电阻就不起保护作用了。

氧化锌非线性电阻老化剖析　

氧化锌非线性电阻老化剖析张　敬　王桥智　孙晓波　马明叶（中国长江电力股份有限公司白鹤滩水力发电厂）摘　要：氧化锌非线性电阻在使用过程中会出现性能渐变老化甚至热崩溃的问题，本文分析了导致氧化锌非线性电阻老化的两种机理及相关因素，详细论述了老化造成的安全隐患，并推荐了老化检测方法。

关键词：氧化锌；热崩溃；直流老化；交流老化；老化检测方法0　引言避雷广泛使用的高场强的氧化锌非线性电阻，只需承受短时（8～20µs）过电压及大电流（5kA），只进行2ms方波能量测试，不能接受持续时间的能量冲击，也就不适合发电机励磁系统中的灭磁及过电压保护。

上世纪70年代，中科院等离子所开始研发低场强的高能氧化锌电阻用于船舶等军工行业。

当时受碳化硅灭磁电阻国产化的技术限制，利用高能氧化锌电阻具有能容大、残压比小、灭磁快等优点，遂将其应用于发电机励磁系统的灭磁和过电压保护，开始大范围应用于中小型水轮发电机组。

氧化锌灭磁电阻并联于发电机转子绕组两端，励磁系统正常运行时，转子绕组两端电压较低，通过氧化锌非线性电阻的漏电流小于100A，这样小的电流不会导致氧化锌非线性电阻损坏。

当事故灭磁时，灭磁开关拉弧建压，达到氧化锌非线性电阻动作阈值后，电压基本维持不变，随着电流增大电阻值逐渐减小，残压比U100A /U10mA小于1.4，转子电流快速转移到氧化锌非线性电阻中消耗，达到快速灭磁的目的。

国内中、小型水电站大多使用氧化锌非线性电阻作为发电机励磁灭磁电阻。

随着使用时间的增加，氧化锌非线性电阻性能会渐变老化，吸收能量的能力降低。

极端情况下，有的支路形成了热崩溃，甚至击穿烧毁。

目前常采用每个支路串联快速熔断器的措施来防止氧化锌非线性电阻击穿后造成回路短路，却又造成组件体积较大，使氧化锌的应用受到了限制。

为何氧化锌非线性电阻在使用过程中会出现这种现象呢？本文从氧化锌的机理来进行一些分析。

1　氧化锌非线性电阻的机理特性氧化锌非线性电阻是基于氧化锌材料为主，辅以氧化铜、氧化铋、氧化钴、氧化锰等少量其他金属氧化物添加剂，通过研磨、喷雾造粒、成形、烧结等工艺制作而成。

氧化锌压敏电阻老化过程中非线性系数变化的研究_杨仲江

第30卷第9期电子元件与材料V ol.30 No.9 2011年9月ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS Sep. 2011氧化锌压敏电阻老化过程中非线性系数变化的研究杨仲江1，张枨1，柴健1，李祥超1，汝洪博2（1. 南京信息工程大学雷电科学与技术系，江苏南京 210044；2. 湖州市防雷中心，江苏湖州 313000）摘要: 根据氧化锌压敏电阻（MOV）的非线性特征，结合双肖特基（Schottky）势垒理论和氧化锌陶瓷在小电流区的导电机制，提出了氧化锌压敏电阻老化劣化过程中必然伴随着非线性系数α的变化的结论。

针对一种型号的MOV，通过大量实验数据分析得出：在不同老化劣化实验条件下，MOV的非线性系数α均随劣化程度的增加而呈下降趋势；在标称电流I n冲击下，α值随冲击次数近线性下降。

经实验论证，非线性系数α对评价MOV的老化劣化程度具有一定的参考价值。

关键词:氧化锌压敏电阻；非线性系数；老化劣化；肖特基势垒中图分类号: TM23 文献标识码:A 文章编号:1001-2028（2011）09-0027-04Research on the varying of nonlinear coefficient during thedegradation of ZnO varistorYANG Zhongjiang1, ZHANG Cheng1, CHAI Jian1, LI Xiangchao1, RU Hongbo2(1. The Department of Lightning Science and Technology, Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044, China; 2. Huzhou Lighting Protection Center, Huzhou 313000, Jiangsu Province, China)Abstract: The process of the degradation of ZnO varistor is necessarily accompanied with the varying of nonlinear coefficient α, which is based on the double Schottky barrier theory, the electrical conduction mechanism of the zinc oxide ceramic in the low current range and the nonlinear characteristics of ZnO varistor. By the experiments on the same type of MOV, the results indicate that the nonlinear coefficient α of MOV decreases with the increasing of degradation degree in different experimental conditions, and the αvalue decreases in line shape with the increasing of impact cycles by the experiment under the impact of the nominal current I n. The nonlinear coefficient α has a valuable reference for the estimation of the degradation degree of MOV.Key words: ZnO varistor; nonlinear coefficient; degradation; Schottky barrier氧化锌压敏电阻片因其良好的非线性特性和大电流吸收能力，现在已被广泛应用于大型电气设备、电力系统、低压电源系统和信息系统的电涌防护中，其性能的好坏直接影响着安全保护的效果[1-4]。

氧化锌压敏电阻劣化前后动态特性研究

氧化锌压敏电阻劣化前后动态特性研究摘要压敏电阻经过不同程度老化以及出现劣化现象后，自身防护能力便会降低，致使热破坏现象发生。

因而，本文主要围绕着氧化锌压敏电阻在劣化前后的动态特性开展深入的研究和探讨，仅供参考。

关键词压敏电阻；氧化锌；劣化；动态特性；前言由于压敏电阻经脉冲老化后，对其工作可靠性、稳定性均会产生影响，故综合分析氧化锌压敏电阻在劣化前后的动态特性，对今后更好地把握氧化锌压敏电阻经过劣化过后的状态以及特性，有着一定的现实意义和价值。

1.简述压敏电阻压敏电阻，即非线性的伏安特性一类电阻器件，电路承在受过压情况下电压钳位当中应用，便于多余电流吸收以及敏感器件保护[1]。

1.分析动态特性2.1实验方法以及过程处于同波形、冲击电流不同条件下，分别针对同厂家以及同型号C、E两片。

脉冲波形为8/20µs条件之下，依次施加5kA、实施测定，对比C、E两片Rd10kA、15kA，而后再施加10kA、20kA、30kA冲击，各组电流均实施3次冲击，每次均间隔约5min，冷却到室温过后，每次冲击获取相应残压图以及电流图，以此测算R，借助软件系统处理数据获取相对平滑散点图实施分析。

经分析可了解d均呈U形状态分布，不同电流冲到，C片处于脉冲波形8/20µs电流冲击之下，Rd击之下，动态电阻呈优良一致性，大体上无明显重叠，特别是20kA、30kA冲击条件下Rd 均无重合。

Rd电阻为一致恢复时间，约3*10-5s。

同等电流间隔冲击条件下，脉冲波形10/350µs条件之下动态电阻缓增过后骤然上升，呈递增分布状态。

E片经以上实验分析后所获取结果和C片呈一致性，由此表明同厂家以及同型号，却为不同片相互间处于同等条件之下，动态电阻呈较小波动，一致性优良。

压敏电阻处于标准脉冲电流冲击条件下，产生以上现象可借助离子迁移基础理论予以解释分析，在脉冲波形8/20µs电流冲击作用之下，电流对反向特基的势垒产生作用，故肖特基势垒内部离子迁移主要为反向肖特基势垒耗尽一层内部离子迁移。

氧化锌老化机理

氧化锌（ZnO）是一种重要的无机化合物，广泛应用于电子、光电、陶瓷、涂料和橡胶等领域。

然而，氧化锌的老化现象会影响其性能。

氧化锌老化机理主要包括以下几点：1. **水分和杂质吸附**：氧化锌表面的吸附和解吸过程与其长期稳定性密切相关。

水分和空气中的有机物或杂质可能吸附在氧化锌表面上，进而影响其电学、光学和力学性能。

例如，空气中的水分和有机物吸附在ZnO基材表面会导致其电导率增加，使其导电性能下降。

2. **晶粒生长与晶界的变化**：在较高温度下，ZnO晶粒会因晶粒生长和晶界的变化导致性能退化。

晶粒生长会使原本相对细小的晶粒变得较大，从而产生晶界的变化，这种情况下，晶界附近的电子和空穴在应力作用下可能重新复合，导致ZnO材料发光性能下降。

3. **不稳定性**：氧化锌材料在不同的环境下会出现不同程度的不稳定，如在高温、潮湿环境下，氧化锌可能发生不断降解、失去原有结构。

此外，充入氧化锌结构的新元素也可能引发氧化锌的竞争反应，如与空气或水中的氧气反应，引起结构改变，最终导致氧化锌性能下降。

4. **显微缺陷**：氧化锌材料中的缺陷可能诱发其性能退化。

例如，点缺陷（空位、间隙原子等）可能影响氧化锌的能带结构，使其光学性能和电学性能产生退化。

此外，介面缺陷和位错等显微结构缺陷也可能使氧化锌的性能产生变化。

为提高氧化锌的老化稳定性，科学家们采取了一些措施，如外延生长技术的改进、氧化锌材料的表面处理以及掺杂等。

对于一些特殊应用，如传感器，通过改变氧化锌的形貌和尺寸，也能提高其稳定性。

总之，对氧化锌老化机理的深入研究有助于优化设计氧化锌材料的使用，提高其稳定性和性能。

氧化锌压敏电阻老化机理再探索

氧化锌压敏电阻老化机理再探索张俊峰1 ，夏波1，孙丹峰2摘要：本文在已有的压敏电阻老化机理的基础上，作了进一步的假设，提出另外两个老化因素。

一个是在高电场下晶界的逆压电效应和电致伸缩效应的不可逆部分，另一个是大电流冲击下晶界温度骤升骤降引起的热冲击。

关健词：老化机理电致伸缩应变不可逆晶界热冲击滞后效应1 引言氧化锌压敏电阻器由松下公司发明并于1968年量产化以来，关于其在连续工作电压下和脉冲冲击下的老化特性及老化机理作了很多的研究[1~3,7]。

目前被普遍认可的是晶界离子迁移说（填隙锌离子、氧空位、铋离子等），晶界离子迁移导致晶界势垒畸变降低，压敏电压降低，漏电流变大，非线性降低。

①连续直流电压和单极性脉冲电流作用时，晶界离子迁移引起正偏肖特基势垒降低比反偏肖特基势垒降低多，与施加电场方向相反变化大，正向变化小，不对称变化明显；②连续交流电压作用时，两个方向的肖特基势垒降低程度相当，不对称变化不明显。

虽然现有的老化机理能够解释得比较充分，但它并不能解释全部现象。

如压敏电压的变化并不总是负变化，在连续电压施加的过程中，压敏电压的变化趋势是先高后低；单极性脉冲电流施加时，施加幅值小、次数少的情况下，压敏电压两个方向都是正变化，施加幅值高、次数多的情况下，压敏电压才呈负变化等等。

本文从实验出发，提出影响压敏电阻老化的补充假设，以图完善压敏电阻的老化机理。

2 实验2.1 直流加电试验10只规格为10D471的压敏电阻器，放入85℃±2℃恒温箱中，施加385V ± 2V 和直流工作电压，其中5只施加时间500h，另外5只连续施加1000h，最后放入室温恢复2h。

试验前后用CJ0001压敏电阻直流参数测试仪测量压敏电压V1mA，计算试验前后压敏电压的变化率。

2.2 单极性脉冲电流冲击试验取175只规格为14D561的压敏电阻器，用MYC-3型压敏电阻直流参数测试仪测量每一只的压敏电压、电压比和漏电流。

ZnO压敏材料研究进展

Zn O 压敏材料研究进展孟凡明,孙兆奇(安徽大学物理与材料科学学院,信息材料与器件重点实验室,安徽合肥　230039)摘　要:氧化锌压敏电阻器具有优良的非线性伏安特性,在稳态工作电压下漏电流很小(能耗低).利用这些特性可制造各种电子器件的过电压保护、电子设备的雷击浪涌保护、负载开关的浪涌吸收等电子保护装置.综述了Zn O 压敏材料的导电机理、老化、非线性功能添加剂以及制备工艺等方面的研究进展,指出Zn O 压敏电阻器的发展方向为片式叠层化、低压化以及对导电机理的深入研究.关键词:Zn O 压敏材料;导电机理;老化;进展中图分类号:T Q174.758 文献标识码:A 文章编号:1000-2162(2006)04-0061-04ZnO 压敏材料是一种多功能新型陶瓷材料,它是以Zn O 为主体,添加若干其他氧化物改性的烧结体材料.其非线性(即非欧姆特性)优良、响应时间快、通流容量大、漏电流小、造价低廉,广泛应用于抑制电力系统雷电过电压和操作过电压、防止静电放电、抑制电磁脉冲、抑制噪声等领域.近年来,人们对Zn O 压敏材料的非线性功能添加剂和制备工艺进行了一系列的研究工作[1～9],以探讨添加剂和制备工艺对Zn O 压敏材料的结构和电性能的影响.随着基础研究的不断深入和制备工艺的不断改进,ZnO 压敏材料的电性能有可能得到进一步改善,应用领域会不断扩大.本文概述了Zn O 压敏材料的特性以及Zn O 压敏材料的研究进展,总结了ZnO 压敏材料的应用及其展望.图1　压敏电阻的伏安特性曲线1:齐纳二极管;2:Si C 压敏电阻;3:ZnO 压敏电阻;4:线性电阻;5:ZnO 压敏电阻1　ZnO 压敏材料的基本特性ZnO 压敏材料具有优良的非线性、大的通流能力和快的响应时间(ns 级).ZnO 压敏材料的非线性类似于齐纳二极管,参见图1所示.与齐纳二极管不同的是它能对两个方向的过电压等同地抑制,相当于两只背靠背的齐纳二极管.在电压达到击穿电压以前,Zn O 压敏材料表现为由晶界阻抗所确定的具有高阻值的线性电阻性质.一旦电压超过就成为导体,表现为由晶粒和晶界共同确定的具有低阻值的非线性电阻性质.非线性系数α愈大,则保护性能愈好,对稳压元件来说则是电压稳定度越高.当Zn O 压敏电阻作为过电压保护元件使用时,在电压超过击穿电压后流过的浪涌电流通常很大,以致即使是主要由晶粒阻抗确定的电阻值极低,其残余电压仍可能达到相当高的数值,表现为伏安特性曲线出现一电压回升区,显然,作为过电压保护元件使用时,希望其非线性好.收稿日期:2005-09-08基金项目:安徽省教育厅科研基金资助项目(2005KJ224);安徽省高等学校教学研究基金资助项目(X200521);安徽省信息材料与器件重点实验室课题基金资助项目作者简介:孟凡明(19662),男,安徽合肥人,安徽大学讲师,硕士.2006年7月第30卷第4期安徽大学学报(自然科学版)Journal of Anhui University Natural Science Editi on July 2006Vol .30No .42　ZnO压敏材料理论与实验研究进展2.1　导电机理的研究ZnO压敏材料的导电机理一直是众多学者研究的焦点,虽然已经提出了很多种模型来试图解释Zn O压敏材料的导电机理,但尚无一个比较完整的模型.这一方面是由于Zn O晶粒间的显微结构不易准确检测;另一方面其导电过程不易精确模拟.1971年M Matsuoka首先提出空间电荷限制电流模型[10],该理论可用来解释添加物对非线性的影响,但它不能充分解释高的非线性区域内伏安特性曲线小的温度依赖性.1975年Levins on等报道了在击穿电压以上的区域观察到高度的非线性,而这种特性对应于晶界层中的一个隧穿过程,从而由伏安特性曲线和它的温度依赖性的实验结果导出了晶粒界面层隧穿过程模型,但此模型尚无法解释添加物的效应及伏安特性曲线的不对称老化现象.1977年,P R Em tage等提出有异质结的肖特基势垒隧穿模型.该模型适用于解释伏安特性曲线、它的温度依赖性以及添加物的效应.1979年,G D Mahan提出了双肖特基势垒模型.其后K Eda提出更完善的双肖特基势垒模型,这是目前用得最多且被广泛接受的模型.该模型根据隧穿机制可充分解释伏安特性曲线的温度特性、添加物的效应、介电性能、瞬态导电现象、电容的偏压特性以及伏安曲线的老化.其局限性在于不能解释晶界层的作用以及为何B i2O3晶相强烈影响直流负荷下的老化等问题.2.2　老化的研究老化是Zn O压敏材料在承受过电压作用后或在连续交流或直流电压作用下其电气特性发生劣化的现象.老化主要与预击穿区电导有关,而预击穿区电流主要由反偏势垒控制.对老化现象的研究,已经发表了许多论文,但并无一个完善统一的理论.K Eda对预击穿区和击穿区分别考虑,将预击穿区导电规范为某一区域,该区域存在着随着老化而厚度发生改变的晶界层. K Eda提出的离子迁移模型[11]可以解释电场作用下的一些老化现象.Chiang Levins on借助STE M观察到在电场作用下原子(或离子)会发生运动,老化后的Zn O压敏材料晶界附近累积有B i和Co等非Zn 填隙离子.L J Bowen等认为,发生老化是由于弱的耗尽层的预先失效和显微结构弱点处过大的电流集中,因此需寻找最佳工艺和配方,使晶粒长大,以提高脉冲稳定性,同时避免显微结构波动对压敏材料寿命的影响.陈志雄等[12]研究发现,过高的热处理温度,其稳定性反而变差,而漏电流和非线性重新被改善.陈志雄等根据热处理时晶界层中的B i2O3相变的研究,认为稳定性的改善与β-B i2O3相转化为γ-B i2O3相有关,稳定性随γ-B i2O3相增多而提高.章天金等[5]的研究表明,低压ZnO压敏材料在大电流冲击作用下,伏安特性的蜕变具有极性效应.并发现添加剂预烧及适量Si、B氧化物掺杂可以较好地改善样品的抗老化性能.T K Gup ta等对老化的研究提出了晶粒边界缺陷模型[13],认为迁移离子是Zn填隙离子Zn·i 和Zn··i.这一模型被深能级瞬态谱DLTS测试结果和正电子湮灭谱P AS测试结果证实.2.3　非线性功能添加剂的研究掺杂可以提高ZnO压敏材料的非线性伏安特性,促进或抑制晶粒生长.许多学者研究了掺杂对Zn O压敏材料伏安特性非线性的影响.张丛春等[3～4]研究发现以Co(NO3)2、Mn(NO3)2溶液代替Co O、Mn O2掺杂,可以降低压敏电压,增大非线性系数.此外,在ZnO压敏材料中掺杂适量的Sb2O3可提高ZnO 压敏材料的非线性,但当Sb2O3的摩尔分数超过0.088%时,电性能反而劣化,因此Sb2O3掺杂量应控制在适当的范围内.范坤泰等[14]研究发现在掺入Ti O2使压敏电压下降的同时,适量掺入B并在850℃下热处理,可改善非线性.李盛涛等[15]采用单元掺杂与多元掺杂的方法,系统研究了几种过渡金属氧化物添加剂在控制ZnO压敏材料非线性方面的作用,认为阳离子具有不饱和外层电子结构且半径与Zn2+离子相近的过渡金属氧化物能改善Zn O压敏材料非线性.M Tanahashi等研究了Sb2O3掺杂对Zn O压敏材料非线性的影响.发现由于Sb2O3挥发,在ZnO表面形成了一薄层Sb的化合物,阻碍烧结,若B i2O3(0.5mol%)+Sb2O3未经过预先热处理,则Sb2O3大部分偏析于晶界,形成焦绿石或尖晶石,阻碍晶粒生长.在550℃热处理5h后,Sb均匀地分布于晶界液相中,对晶粒生长的阻碍效应大减.尽管对非线性添加剂的研究已经得出了一些基本的实验规律,虽然提出了晶界深陷阱、非饱和过渡金属氧化物在晶界偏26安徽大学学报(自然科学版)第30卷聚形成深能级、氧在晶界处的吸附等假设.但是,对高非线性晶界势垒的形成原因尚缺乏统一认识.2.4　制备工艺的研究改变工艺条件可以改善和提高Zn O 压敏材料的性能,达到获得优质材料的目的.任省平等[7]对生产工艺中影响ZnO 压敏电阻器直流老化性能的因素进行了研究,喷雾造粒是保证材料均匀性、性能一致性和工艺重复性的重要手段之一;封闭式烧结有利于提高产品的性能;增加成型压力,可以增强烧结体的抗直流老化负荷能力,提高抗潮湿性,减小漏电流,但压力超过一定极限时,反而使性能变差.卢振亚[16]研究发现炉温不均匀或温度梯度太大、800～600℃段降温时间太长、炉道通风流量过大且匣钵有开口造成的易熔物质挥发过度、热处理温度过高、热处理炉温分布不合理、烧银温度过高或烧银温度曲线高温段过长等因素会导致Zn O 压敏元件非线性特性的劣化,在900～1050℃下处理后,可以恢复.霍建华[17]研究发现,改变烧结气氛可以显著改善烧成产品的整体水平及一致性,通过适量增加匣钵垫料中的低熔点物含量及在匣钵内壁涂敷易挥发添加剂,可以降低产品电性能的分散性.章天金等[18]研究发现掺入适量粒度合适的ZnO 籽晶,勿需在高温下长时间烧结,也可制成压敏电压较低、漏电流较小的Zn O 压敏电阻器.禹争光等[6]研究发现添加纳米B i 2O 3粉末,通过传统制备工艺制备的Zn O 陶瓷,与微米级粉体相比,B i 2O 3更易在Zn O 压敏材料中均匀分布,提高Zn O 压敏器件的均匀性.康雪雅等[19]研究发现,在1150～1200℃范围内,可通过改变烧结温度调整材料的压敏电压,而材料的非线性系数变化不大.3　应用与展望3.1　应　用ZnO 压敏材料广泛应用于工业、铁路、通信、电力及家电等方面,尤其在过电压保护方面.用ZnO 压敏材料制成的ZnO 避雷器,可以用于雷电引起的过电压和电路工作状态突变造成电压过高.过电压保护主要用于大型电源设备、大型电机、大电磁铁等强电应用中,也可用于一般电器设备的过电压保护.Zn O 压敏电阻在强电应用中的实例是用在电力输配系统.在这类强电应用中,需要大的电涌抑制器维持上兆伏的电力系统的正常工作,并能吸收上兆焦耳的瞬时能量,这需要大体积的电阻器才能满足这种要求.一个大电站的避雷器含有几百个体积大于100c m 3的Zn O 电阻器圆片.ZnO 压敏电阻器在弱电领域的应用也十分广泛.例如,防止录音机、录像机的微电机的电噪声,彩色电视机的显象管电路放电的吸收,防护半导体元件的静电,小型继电器接点的保护,汽车用发电机异常输出功率电压的吸收,电子线路上抑制尖峰电压和电火花,在开关浪涌保护、可控硅整流器保护等特殊电路中用作稳压元件等.3.2　展　望(1)片式叠层化.近年来,随着电子产品的小型化、多功能化和表面帖装技术(S MT )的应用,I C 、LSI 、VLSI 的集成密度和速度大幅度提高,通过传导和感应进入电子线路的电磁噪声、浪涌电流以及人体静电均有可能使整机产生误动作甚至破坏半导体器件.在此方面,片式叠层ZnO 压敏电阻器因具有响应速度快、电压限制特性好、受温度影响小、通流能力大、电容量大等特点,被广泛应用,以改善数字化电路的抗干扰能力.根据报道,美国片式叠层压敏电阻应用领域包括:电子消费业占2.5%,计算机占25%,军事占22%.在我国片式叠层ZnO 压敏电阻器的开发与应用业已引起科技人员的重视.(2)低压化.由于电子仪器的集成化,电路的电压也随之低电压化.因此,Zn O 压敏电阻器也需要以5～48V 为对象,即需制备低电压电阻器.为适应各种用途对电阻器的小型化和形状复杂化的要求,发展了厚膜Zn O 压敏电阻器.厚膜压敏电阻器的结构可分为平面型和夹层型两种.其中,夹层型电阻器电压为5～100V ,非线性系数3～20,适用于低压领域.(3)基础理论的研究有待深入,尤其是加强晶界现象、导电机理、缺陷理论等方面的研究.将计算机技术与材料研究相结合,以探讨ZnO 压敏材料的显微结构与导电机理等将可能受到人们关注.4　结　语ZnO 压敏材料的理论与实验研究取得了丰硕的成果,Zn O 压敏电阻器已经得到了广泛应用.但是尚缺乏一个比较成熟的理论模型以解释其导电机理和老化机理.ZnO 压敏电阻器的发展方向是片式叠层36第4期孟凡明,等:Zn O 压敏材料研究进展46安徽大学学报(自然科学版)第30卷化、低压化和对其基础理论的深入研究.参考文献:[1]　R M etz,H Delalu,J R V ignal ou,et al.Electrical p r operties of varist or in relati on t o their true bis muth compositi on af2ter sintering[J].M ater Che m Phys,2000,63:157-162.[2]　K A lAbdullah,A Bui and A Loubiere.Low frequency and l ow te mperature behavi or of Zn O-based varist or by ac i m2pedance measure ments[J].J App l Phys,1991,69(7):4046-4052.[3]　张丛春,周东祥,龚树萍.Sb2O3掺杂对Zn O压敏陶瓷晶界特性和电性能的影响[J].硅酸盐学报,2001,29(6):602-605.[4]　张丛春,周东祥,龚树萍,等.Co、Mn的掺杂形式对低压氧化锌压敏陶瓷电性能的影响[J].电子元件与材料,2000,19(6):7-9.[5]　章天金,周东祥,龚树萍.低压Zn O压敏陶瓷冲击老化特性[J].电子元件与材料,1999,18(4):18-19.[6]　禹争光,杨邦朝,敬履伟.纳米氧化铋粉体的制备对Zn O压敏电阻器性能的影响[J].硅酸盐学报,2003,31(12):1184-1187.[7]　任省平,石永杰,石微静.Zn O压敏电阻器生产工艺的改进[J].电子元件与材料,1998,17(4):27-29.[8]　李盛涛,刘辅宜.改善Zn O压敏元件温度特性的研究[J].压电与声光,1997,19(4):231-234.[9]　李慧峰,许毓春,王礼琼,等.Nb2O5掺杂对Zn O压敏电阻器性能的影响[J].压电与声光,1994,16(6):27-30.[10]　M Matsuoka.Nonoh m ic p r operties of Zinc Oxide Cera m ics[J].J App l Phys,1971,10(6):736-746.[11]　K Eda,A I ga,M Matsuoka.Degradati on mechanis m of Non-oh m ic Zinc Cera m ics[J].J App l Phys,1980,51(5):2678-2684.[12]　陈志雄,石滨,付刚,等.Zn O压敏陶瓷电流蠕变规律及其机理研究[J].科学通报,1995,40(9):787-790.[13]　T K Gup ta,W G Carls on.A Grain Boundary DefectModel for I nstability/Stability of Zn O varist or[J].J Mater Sci,1985,20:3487.[14]　范坤泰,韩述斌,吴德喜.低压Zn O压敏电阻器性能的改善[J].电子元件与材料,1998,17(5):32-33.[15]　李盛涛,刘辅宜,宋晓兰.Zn O压敏陶瓷的非线性功能添加剂[J].陶瓷学报,1997,18(2):73-77.[16]　卢振亚.Zn O压敏元件非线性特性的劣化及恢复[J].电子元件与材料,2000,19(1):24-25.[17]　霍建华.烧结气氛对氧化锌压敏电阻器电性能的影响[J].电瓷避雷器,2000,173(1):35-38.[18]　章天金,周东祥,龚树萍,等.籽晶法制备低压Zn O压敏电阻器[J].电子元件与材料,1998,17(4):10-11.[19]　康雪雅,庄顺昌.烧结温度对低压Zn O压敏陶瓷显微结构及电性能的影响[J].硅酸盐学报,1994,22(2):202-206.The evoluti on of the research for the ZnO var istorsMENG Fan2m ing,S UN Zhao2qi(School of Physics and M aterials Science,Anhui KeyLaborat ory of I nfor mati on Materials and Devices,Anhui University,Hefei　230039,China)Abstract:ZnO varist ors is characterized by its excellent nonlinear volt-a mppere characteristic and very l o w leakage current under steady-state voltage(l ow energy consu mp ti on).W ith these features,it can be used in over voltage p r otecti on,lightning arresting,surge abs or p ti on,etc.The recent devel opments on the re2 search f or the Zn O varist or were revie wed in this paper,which contain the theory of conducti on,aging,nonlin2 ear additive and manufacturing technique.It is suggested that the research for ZnO varist ors should f ocus on chi p varist ors,l ow voltage varist ors and theory of conducti on.Key words:Zn O varist ors;theory of conducti on;aging;evoluti on责任编校:李镜平。

氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用

首页┊目录┊技术文摘┊实验制作┊实用技术┊本站制作┊网速慢点这里　氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用站长　施加于压敏电阻器两端的电压小于其压敏电压，其导电属于热激发电子电导机理。

因此，压敏电阻器相当于一个10MΩ以上的绝缘电阻(Rb远大于Rg)，这时通过压敏电阻器的阻性电流仅为微安级，可看作为开路。

该区域是电路正常运行时压敏电阻器所处的状态。

最新出版：40W数字功放-D类功放原理和制作制作资料下载(2007.12.26更新)：电压控制型-开关电源全桥驱动器PM4040F PDF技术资料下载(2007.07.17更新)设计220V-380V到300W-5KW的开关电源显得更简单和方便。

PM4040F电源驱动器实用电路下载2007.07.10“压敏电阻是中国大陆的名词，意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。

相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。

压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。

现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。

所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。

在中国台湾，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为"突波吸收器"。

压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。

一、氧化锌压敏电阻器微观结构及特性氧化锌压敏电阻器是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物、经典型的电子陶瓷工艺制成的多晶半导体陶瓷元件。

它的微观结构如图1所示。

氧化锌陶瓷是由氧化锌晶粒及晶界物质组成的，其中氧化锌晶粒中掺有施主杂质而呈N型半导体，晶界物质中含有大量金属氧化物形成大量界面态，这样每一微观单元是一个背靠背肖特基势垒，整个陶瓷就是由许多背靠背肖特基垫垒串并联的组合体。

氧化锌压敏电阻(变阻器)介绍_041224

氧化鋅壓敏電阻(變阻器)介紹 MLV, Multilayer Varistor VDR, Voltage Dependent ResistorProduct Management Team Global Marketing Algo Lin Dec 20041對於現代的 IC 線路 • 元件結構切換至互補式金屬氧化半導體(CMOS) • 元件幾何尺寸越來越小密度越來越高 • 動作電壓越來越低 • 動作頻率越來越高以上各種趨勢都使元件對 ESD/Surge 的危害越來越敏感2ESD ( Electrostatic Discharge)：靜電放電是電荷在不同電位物體間轉移的現象，像閃電、手觸門把的觸感等都是ESD 。

對電子元件，特別是高速的IC而言，只要幾十伏特就足以造成破壞。

靜電產生原因：（1）摩擦生電：由兩種物質間交互作用產生，是一種材質表面原子因摩擦使外層的電子形成游離化的一種現象，摩擦後兩物質一帶正電荷另一帶負電荷。

（2）電磁感應：由強大電磁場所產生的效應，使兩物質產生形同摩擦生電的效應，使兩物質一帶正電荷一帶負電荷的靜電現象。

3IC 損壞原因Device Type ESD Susceptibility (Volts)30–1200 100-200 100-1000 100–300 150–7000 190–2500 300–2500 300–3000 1000–2500VMOS MOSFET, GaAsFET, EPROM JFET Op-Amp Schottky diodes Film resistors Schottky TTLTable . Susceptibility of electronic components to ESD.4靜電對電子產品損害的特點1.隱蔽性人體不能直接感知靜電除非發生靜電放電,但是發生靜電放電人體不一定能有電擊的感覺,這是因為人體感覺靜電電壓為2-3KV, 所以靜電具有隱蔽性。

氧化锌非线性电阻老化剖析

氧化锌非线性电阻老化剖析
张敬;王桥智;孙晓波;马明叶
【期刊名称】《电气技术与经济》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】氧化锌非线性电阻在使用过程中会出现性能渐变老化甚至热崩溃的问题,本文分析了导致氧化锌非线性电阻老化的两种机理及相关因素,详细论述了老化造成的安全隐患,并推荐了老化检测方法。

【总页数】3页(P345-347)
【作者】张敬;王桥智;孙晓波;马明叶
【作者单位】中国长江电力股份有限公司白鹤滩水力发电厂
【正文语种】中文
【中图分类】G63
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1.高能正温度系数电阻与氧化锌非线性电阻在灭磁装置中的应用
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