氧化锌压敏电阻空间电荷与非线性特性的关系
ZnO压敏电阻基本特性微观结构
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ＺｎＯ压敏电阻的基本特性与微观结构Basic characteristic and microstructure of ZnO varistors季幼章中国科学院等离子体物理研究所合肥２３００３１摘要： ZnO 压敏电阻是一种电阻值对外加电压敏感的半导体敏感元件，主要功能是辨别和限制瞬态过电压，反复使用不损坏。
ZnO 压敏电阻的基本特性包括电学特性、物理特性和化学特性。
微观结构是体现这些性质的媒介，是 ZnO 压敏电阻的基础。
关键词：ZnO 压敏电阻；电学性质；物理特性；化学特性；微观结构１引言ＺｎＯ压敏电阻是半导体电子陶瓷器件，主要功能是识别和限制瞬态过电压，反复使用而不损坏。
它的电流（Ｉ）—电压（Ｕ）特性是非线性的，与稳压二极管相似。
但与二极管不同，压敏电阻能限制的过电压在两个极性上相等，于是呈现的Ｉ－Ｕ特性很象两个背对背的二极管。
压敏电阻能用于交流和直流电场，电压范围从几伏到几千伏，电流范围从毫安到几千安。
压敏电阻还附加有高能量吸收能力的特性，范围从几焦耳到几千焦耳。
它的通用性使得压敏电阻在半导体工业和电力工业都有应用。
ＺｎＯ压敏电阻是用半导体ＺｎＯ粉末和其它氧化物粉末如：Ｂｉ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ等经过混合、压型和烧结工艺而制成。
得到的产品是具有晶界特性的多晶陶瓷，这一边界特性决定了压敏电阻的非线性Ｉ－Ｕ特性。
ＺｎＯ压敏电阻的基本特性包括电学特性、物理特性和化学特性。
微观结构是体现这些性质的媒介，是ＺｎＯ压敏电阻的基础。
敏电阻的作用接近于绝缘体，此后它的作用相当于导体。
对设计者关注的电学特性，是它在导电过程的非线或非欧姆特性，以及它作为电阻时，正常工作电压下的低泄漏电流（功率损耗）。
这些特性能够用曲线的三段重要区域来说明。
图１在宽电流密度和电场范围上的典型Ｉ－Ｕ曲线2.1.1 小电流线性区２ＺｎＯ压敏电阻的基本特性2.1 ZnO 压敏电阻的电性质ＺｎＯ压敏电阻最重要的性质是它的非线性Ｉ－Ｕ特性，如图１所示。
集成电路氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用性能参数
【集成电路(IC)】氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用【集成电路氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用性能参数】“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。
图2是压敏电阻器的等效电路。
氧化锌压敏电阻器的典型V-I特性曲线如图3所示：预击穿区：在此区域内，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。
击穿区：压敏电阻器两端施加一大于压敏电压的过电压时，其导电属于隧道击穿电子电导机理(Rb与Rg相当)，其伏安特性呈优异的非线性电导特性，即：I=CVα其中I通过压敏电阻器的电流C与配方和工艺有关的常数V压敏电阻器两端的电压α为非线性系数，一般大于30由上式可见，在击穿区，压敏电阻器端电压的微小变化就可引起电流的急剧变化，压敏电阻器正是用这一特性来抑制过电压幅值和吸收或对地释放过电压引起的浪涌能量。
氧化锌压敏陶瓷的制备应用性能
氧化锌压敏陶瓷1.功能陶瓷所谓功能陶瓷，就是指在微电子、光电子信息和自动化技术以及生物医学、能源和环保工程等基础产业领域中所用到的陶瓷材料。
功能陶瓷所具有的独特声、光、热、电磁等物理特性和生物、化学以及适当的的力学特性，在相应的工程和技术中起到了关键的作用。
这种陶瓷材料从其形态上可以分为块体、粉体、纤维和薄膜四种类型。
2.压敏陶瓷压敏陶瓷既是功能陶瓷的一种，它是指一定温度下，某一特定电压范围内，具有非线性伏安特性且其电阻随电压的增加而急剧减小的一种半导体陶瓷材料。
目前压敏陶瓷主要有4大类—— SiC、TiO2、SrtiO3和ZnO。
其中应用广、性能好的当属氧化锌压敏陶瓷。
由于ZnO压敏陶瓷呈现较好的压敏特性，压敏电阻α值（非线性指数）高( α>60，比SiC压敏电阻器10倍以上)，有可调整C值和较高的通流容量，因此得到广泛的应用。
在电力系统、电子线路、家用电器等各种装置中都有广泛的应用，尤其在高性能浪涌吸收、过压保护、超导性能和无间隙避雷器方面的应用最为突出。
3.氧化锌压敏陶瓷ZnO压敏陶瓷生产方法是在ZnO 中添加Bi2 O3、Co2 O3、MnO2、Cr2 O3、Al2 03、Sb2 03、Ti02、Si02、B2O3 和PbO 等的氧化物。
在配方中常含有Bi 元素，其主晶相为具有n型半导体特性的ZnO；此外，瓷相中除有少量添加物与ZnO形成的固溶体外，大部分添加物在ZnO晶粒之间形成连续晶相。
主晶相ZnO 是n型半导体，体积电阻率为10 ·m以上的高电阻层。
因此，外加电压几乎都集中在晶界层上，其晶界的性质和瓷体的显微结构对ZnO电阻的压敏特性起着决定性作用。
一般ZnO的粒径d为几微米到几十个微米，晶界层厚度为0．02～0．2 ；也有人认为晶界相主要集中于三到四个ZnO晶粒交角处，晶界相不连续，在ZnO 晶粒接触面间形成有一层厚度20U左右的富铋层，其性质对非线性特性起重要作用。
氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用
氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用压敏电阻是由在电子级ZnO 粉末基料中掺入少量的电子级Bi 2O 3、Co 2O 3、MnO 2、Sb 2O 3、TiO 2、Cr 2O 3、Ni 2O 3等多种添加剂，经混合、成型、烧结等工艺过程制成的精细电子陶瓷；它具有电阻值对外加电压敏感变化的特性，主要用于感知、限制电路中可能出现的各种瞬态过电压、吸收浪涌能量。
1 氧化锌压敏电阻电性能参数1.1 压敏电压U 1mA压敏电阻的电流为1mA 时所对应的电压作为I 随U 迅速上升的电压大小的标准，该电压用U 1mA 表示，称为压敏电压。
压敏电压是ZnO 压敏电阻器伏安曲线中预击穿区和击穿区转折点的一个参数，一般情况下是1mA （Φ5产品为0.1mA ）直流电流通过时，产品的两端的电压值，其偏差为±0.1%。
1.2 最大连续工作电压MCOV最大连续工作电压MCOV 指的是压敏电阻在应用时能长期承受的最大直流电压U DC 或最大交流电压有效值 U RMS 。
最大直流电压的值为80%~92%U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大直流电压；最大交流电压的值为60%~65% U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大交流电压。
1.3 漏电流 I L漏电流(mA)也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。
IEC 对漏电流 I L 较为普遍的定义是：环境温度25℃时，在压敏电阻上施加其所属规格的最大连续直流工作电压 U DC 时，流过压敏电阻的直流电流。
一般而言，在材料配方和烧结工艺固定的情况下，漏电流适中的压敏电阻具有较好的安全性和较长的寿命。
1.4 非线性指数α非线性指数α指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。
它是一个元件的电阻值是否随电压或电流变化和变化是否敏感的标志。
ZnO 压敏电阻器是一种非线性导电电阻。
氧化锌压敏电阻特性
电力电子• Power Electronics210 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】氧化锌压敏电阻 结构 特征 伏安特性现阶段氧化锌压敏电阻已经取得了很好的应用，在电力系统和电子系统的过压保护中发挥着重要的作用，但是在实际使用时有很大优化空间，比如氧化锌压敏电阻的老化判定可以进行优化处理，这样可以更好的对氧化锌压敏电阻的老化进行判定防止出现因为受潮而导致性能的老化。
针对这些可优化的空间，笔者对氧化锌压敏电阻的特性进行探讨，有着重要的现实意义。
1 氧化锌结构特征1.1 氧化锌晶体的结构研究氧化锌压敏电阻特性，首先要对氧化锌晶体进行研究。
氧化锌晶体是利用红锌矿为原料制作的金属氧化物，这种氧化物中既包括化学键又包括离子键，属于中间键型，氧化锌压敏电阻的这种独特的键形也就决定着其独有的特性。
氧化锌压敏电阻的基本结构是成六角排布的，并且在六角排布的中间有着很多的锌离子填充。
通常情况下，氧化锌压敏电阻有着三种构型，三种构型分包为六角、立方闪锌、立方岩盐矿等。
这三种结构是可以进行转换的。
1.2 氧化锌晶体结构的缺陷我们在对氧化锌压敏电阻的特质进行使用时，很少有人了解过这些能够被我们使用的特性来源于氧化锌压敏电阻中氧化锌晶体中的结构缺陷，这是这些缺陷使得氧化锌压敏电阻有了很多的电阻特性。
上文我们已经提到过氧化锌压敏电阻通常情况下有三种可以互相转换的构型，这些构型基本决定了他们的缺陷来源。
立方闪锌结构中有很大的孔隙，这些孔隙中不同的离子的扩散不同，有的离子的扩散系数比较高，就易于扩散，有的离子扩散系数低就不容易扩散，这些特性使得锌离子容易集中出现积聚的情况。
同时氧化锌压敏电阻中的晶体也会受到掺杂的杂质影响，这种杂质影响也会导致其内部结构出现缺陷，这种杂质影响的氧化锌压敏电阻特性文/谭智昭 王洋缺陷主要是呈现为空腔和空穴，这些空腔和空穴将会直接影响到氧化锌晶体的电子的流向，导致其载流子发生散射，使得载流体的迁移受到较大的影响。
氧化锌避雷器工作原理
氧化锌避雷器工作原理氧化锌避雷器是一种常见的电力设备，用于保护电力系统免受雷击和过电压的影响。
它的工作原理基于氧化锌的非线性电阻特性和放电原理。
1. 氧化锌的非线性电阻特性：氧化锌具有非线性电阻特性，即其电阻随电压的变化而变化。
当电压低于某个阈值时，氧化锌的电阻非常高，几乎不导电。
但当电压超过阈值时，氧化锌的电阻迅速降低，使得电流能够通过。
2. 放电原理：当雷电或过电压通过电力系统传输时，会产生巨大的电压梯度。
当这些电压超过氧化锌避雷器的阈值时，氧化锌避雷器会开始导电，形成一个低阻抗通路，将过电压引导到地面。
具体的工作过程如下：a. 当电力系统正常运行时，氧化锌避雷器处于高阻抗状态，几乎不导电。
b. 当系统受到雷击或过电压冲击时，电压梯度超过氧化锌避雷器的阈值，氧化锌避雷器迅速进入导电状态。
c. 导电状态下，氧化锌避雷器提供了一个低阻抗通路，将过电压引导到地面，保护电力系统的设备免受损害。
d. 一旦过电压消失，氧化锌避雷器会自动恢复到高阻抗状态，等待下一次雷击或过电压事件的到来。
氧化锌避雷器的工作原理可以通过以下几个关键参数来描述：1. 阈值电压（U1）：阈值电压是指氧化锌避雷器进入导电状态的电压阈值。
一般来说，阈值电压越低，氧化锌避雷器对过电压的响应越灵敏。
2. 导通电阻（R1）：导通电阻是指氧化锌避雷器在导电状态下的电阻值。
导通电阻越小，氧化锌避雷器能够更好地将过电压引导到地面。
3. 恢复时间（Trec）：恢复时间是指氧化锌避雷器从导电状态恢复到高阻抗状态所需的时间。
恢复时间越短，氧化锌避雷器能够更快地应对连续的雷击或过电压事件。
4. 额定电流（I1mA）：额定电流是指氧化锌避雷器在导电状态下通过的电流值。
额定电流越大，氧化锌避雷器能够处理更大的雷击或过电压冲击。
需要注意的是，氧化锌避雷器的使用寿命是有限的。
当氧化锌避雷器多次受到雷击或过电压冲击时，其非线性电阻特性会发生变化，导致其工作性能下降。
znr压敏电阻
znr压敏电阻1. 介绍znr压敏电阻（Zinc Oxide Varistor）是一种非线性电阻器件，它能够在一定电压范围内快速变化其电阻值，以保护电路免受过电压的破坏。
znr压敏电阻由氧化锌陶瓷材料制成，具有高分辨率、高灵敏度和快速响应的特点。
2. 结构与原理znr压敏电阻的结构包括两个金属端片和一个氧化锌陶瓷片。
氧化锌陶瓷片是该器件的核心部分，其表面涂有金属导体。
当正常工作时，氧化锌陶瓷片呈现高阻态；当超过器件额定电压时，氧化锌陶瓷片中的结晶粒子会发生定向排列，导致其内部形成导通通道，从而使器件呈现低阻态。
znr压敏电阻的工作原理基于“击穿效应”。
当外加电压超过设定值时，氧化锌陶瓷片中的结晶粒子受到激活，并形成一条导通通道，使电阻急剧下降，以吸收过电压。
当过电压消失时，氧化锌陶瓷片会自动恢复到高阻态。
3. 特性与应用3.1 特性•非线性特性：znr压敏电阻的电阻值随电压的变化呈非线性关系，能够在毫秒级别快速响应。
•宽工作范围：znr压敏电阻可在几伏至几千伏的范围内工作。
•高容量：znr压敏电阻能够承受较大的能量冲击。
•高稳定性：znr压敏电阻具有较高的稳定性和可靠性。
•低功耗：znr压敏电阻在正常工作状态下几乎不消耗能量。
3.2 应用由于其特殊的特性，znr压敏电阻广泛应用于各种领域，包括：3.2.1 电子设备保护znr压敏电阻可用于保护各种类型的电子设备免受过流和过压的损害。
在不同类型的设备中，znr压敏电阻的额定电压和功率需根据具体需求进行选择。
3.2.2 电力系统保护znr压敏电阻可用于保护电力系统中的变压器、发电机和输电设备等。
当系统中出现过电压时，znr压敏电阻能够迅速响应并吸收过电压，避免设备损坏。
3.2.3 通信设备保护znr压敏电阻广泛应用于通信设备中，如电话线路、传输线路和数据接口等。
它能够有效保护通信设备免受雷击、静电放电和突发的过电流等干扰。
3.2.4 汽车电子保护znr压敏电阻在汽车领域中也有着重要的应用。
氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用
氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用压敏电阻是由在电子级ZnO 粉末基料中掺入少量的电子级Bi 2O 3、Co 2O 3、MnO 2、Sb 2O 3、TiO 2、Cr 2O 3、Ni 2O 3等多种添加剂，经混合、成型、烧结等工艺过程制成的精细电子陶瓷；它具有电阻值对外加电压敏感变化的特性，主要用于感知、限制电路中可能出现的各种瞬态过电压、吸收浪涌能量。
1 氧化锌压敏电阻电性能参数1.1 压敏电压U 1mA压敏电阻的电流为1mA 时所对应的电压作为I 随U 迅速上升的电压大小的标准，该电压用U 1mA 表示，称为压敏电压。
压敏电压是ZnO 压敏电阻器伏安曲线中预击穿区和击穿区转折点的一个参数，一般情况下是1mA （Φ5产品为0.1mA ）直流电流通过时，产品的两端的电压值，其偏差为±0.1%。
1.2 最大连续工作电压MCOV最大连续工作电压MCOV 指的是压敏电阻在应用时能长期承受的最大直流电压U DC 或最大交流电压有效值 U RMS 。
最大直流电压的值为80%~92%U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大直流电压；最大交流电压的值为60%~65% U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大交流电压。
1.3 漏电流 I L漏电流(mA)也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。
IEC 对漏电流 I L 较为普遍的定义是：环境温度25℃时，在压敏电阻上施加其所属规格的最大连续直流工作电压 U DC 时，流过压敏电阻的直流电流。
一般而言，在材料配方和烧结工艺固定的情况下，漏电流适中的压敏电阻具有较好的安全性和较长的寿命。
1.4 非线性指数α非线性指数α指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。
它是一个元件的电阻值是否随电压或电流变化和变化是否敏感的标志。
ZnO 压敏电阻器是一种非线性导电电阻。
氧化锌压敏电阻器的性能及失效后的三种表现
氧化锌压敏电阻器的性能及失效后的三种表现
氧化锌压敏电阻器的性能
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。
由于其独特的晶界结构，在一定电场下，晶界导电由热电子发射传导瞬间转变为电子隧道传导，其电阻值随着电压的增大而急剧减小，具有优异的非线性伏安特性。
那么，当存在过电压时，晶界电子隧道效应抑制过电压峰值增长，吸收部分过电压能量，从而起到对线路或设备的防护作用。
但是，不论压敏电阻器应用在电力线路或电子线路,若各种类型的过电压频繁出现,则压敏电阻器就会频繁动作以抑制过电压幅值和吸收释放浪涌能量，保护电气设备及元器件,这势必会导致压敏电阻器的性能劣化乃至失效。
氧化锌压敏电阻器失效后的三种表现
（1）劣化，表现为漏电流增大,压敏电压显著下降,直至为零;
（2）炸裂，若过电压引起的浪涌能量太大,超过了所选用的压敏电阻器极限承受能力,则压敏电阻器在抑制过电压时将会发生陶瓷炸裂现象;
（3）穿孔，若过电压峰值特别高,导致压敏电阻器陶瓷瞬间发生电击穿,表现为穿孔。
其中，在进行分级防雷保护前提下，压敏电阻器的失效模式绝大部分表现为劣化和穿孔（即短路），因此，在使用压敏电阻器时，必须与之串联一个合适的断路器或保险丝，避免电路短路引起事故。
目前，国际上流行的过电压保护器就是将压敏电阻器与限流、过流和劣化告警装置有机地组合在一起，它除了具有过电压保护功能外，还具有防止自身劣化、导致电路短路的功能。
ZnO-Pr6O11系压敏电阻非线性系数的研究
ZnO-Pr6O11系压敏电阻非线性系数的探究摘要：压敏电阻作为一种重要的电子元件，在工业自动化领域有着广泛的应用。
本文以ZnO-Pr6O11系压敏电阻为探究对象，通过试验方法，探究了压敏电阻的非线性系数与ZnO与Pr6O11的摩尔比例之间的干系。
试验结果表明，随着ZnO与Pr6O11摩尔比例的增加，压敏电阻的非线性系数呈现出先增加后减小的趋势，且在摩尔比为1：1时达到最大值。
通过对试验数据的分析得出，ZnO与Pr6O11的摩尔比例对于压敏电阻的非线性系数具有重要影响。
在实际应用中，可以通过调整ZnO与Pr6O11的摩尔比例，来实现对压敏电阻的性能的调整，从而满足不同工作环境的需求。
关键词：ZnO-Pr6O11系压敏电阻；非线性系数；摩尔比例；试验方法；性能调整1.引言压敏电阻作为一种重要的功能材料，具有在外界电场作用下电阻随之改变的特性。
其应用范围广泛，例如在电子设备、自动化控制系统和仪器仪表等领域都有着重要作用。
同时，压敏电阻还具有响应速度快、特性稳定、体积小等优点，因此备受关注。
2.试验方法2.1 压敏电阻的制备本试验接受传统固相反应法制备ZnO-Pr6O11系压敏电阻材料。
起首，按照不同的摩尔比例筹办好ZnO和Pr6O11的粉末。
将两种粉末混合匀称后，在惰性气氛下进行高温固相反应，使其转化为所需的压敏电阻材料。
最后，将得到的材料进行破坏、过筛等处理，得到粒径适中的电阻材料，用于后续试验。
2.2 压敏电阻性能测试接受试验室常见的压敏电阻性能测试方法对所制备的样品进行测试。
起首，将电阻材料制备成薄片状，保证样品的外形和尺寸一致。
然后，使用电源、电流表、电压表等设备搭建电路，将薄片样品毗连到电路中。
通过改变施加在电路中的电压，测得不同电压下的电流值。
记录数据后，可以计算得到所测样品的电阻值。
3.试验结果与分析试验结果表明，随着ZnO与Pr6O11摩尔比例的增加，压敏电阻的非线性系数呈现出先增加后减小的趋势，且在摩尔比为1：1时达到最大值。
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]。
氧化锌压敏电阻特性的分析
氧化锌压敏电阻特性的分析摘要：氧化锌压敏电阻因为其自身的一些物理和化学性质，使得其在电路保护及相关系统保护中应用较为广泛。
现阶段氧化锌压敏电阻已经在电子设备保护、通讯系统保护、电力及工业系统保护中取得了较好的应用。
关键词：氧化锌压敏电阻；结构；特征；伏安特性由于雷电电压和操作电压等瞬间高电压会导致电子系统遭到破坏，并且这种破坏通常会导致整个系统的瘫痪，进而产生较大的经济损失。
为此各国均在对这种高压对电路系统的破坏防护进行研究，这种背景下氧化锌压敏电阻由于其对限制过电压的优异性能，其特性也非常受到研究界的关注，通过对其特性的研究分析出更加方便的保护系统。
现阶段氧化锌压敏电阻已经取得了很好的应用，在电力系统和电子系统的过压保护中发挥着重要的作用，但是在其使用过程中还存在着一些问题有待解决，比如老化劣化的判定标准不够精确，内部容易受潮导致性能下降，受过电压冲击时瓷套因制造工艺不高而产生爆炸等。
为此笔者对氧化锌压敏电阻的结构特征，电气特性等方面进行深入细致的研究具有重要的意义。
1、氧化锌结构特征1.1氧化锌晶体的结构研究氧化锌压敏电阻特性，首先要对氧化锌晶体进行研究。
氧化锌晶体是利用红锌矿为原料制作的金属氧化物，这种氧化物中既包括化学键又包括离子键，属于中间键型，结构的基础是氧离子以六角密堆积的方式排列，氧离子紧密排列所形成的四面体空隙中半数由锌离子填充，而氧离子密堆所形成的八面体空隙则是全空的。
氧化锌晶体常见的结构有三种，分别为六角纤锌矿结构、立方闪锌矿结构和立方岩盐矿结构。
上述三种结构受温度以及压力等因素的影响可以互相转变，其相变的过程会导致极性效应的产生，而极性效应则直接影响着氧化锌晶体的电气特性。
1.2氧化锌晶体的能带结构纯净的氧化锌晶体，其能带由氧离子的电子能级和锌离子电子能级组成。
价带和导带之间的禁带宽度为3.2~3.4eV。
因此，在室温下，满足化学计量比的纯净的氧化锌晶体应该是绝缘体。
然而，实际上氧化锌晶体却是一种典型的型半导体。
氧化锌压敏电阻器概述
氧化锌压敏电阻器概述
氧化锌压敏电阻器是一种瞬时过电压保护器件。
它的主要功能是电阻值随着电压的变化而对称地非线性地变化，因而，它是一种对电压敏感性元件。
它具有电压非线性系数a大，残压低，浪涌耐量大，使用电压范围宽（从几伏到几十万伏），伏安特性陡峭且对称，对脉冲响应时间快，而且无续流，漏电流小（uA），电压随温度变化小等特有的优点。
高能氧化锌压敏电阻器还具有低场强、高能容的特点。
近年来的电力系统、电子线路中，吸收大气过电压和操作过电压，在超导移能和发电机组灭磁、电器设备、半导体器件及各种电机过压保护等方面具有广泛的应用前景。
一、主要用途
A、吸收大气过电压（防感应雷或沿着电源线进入系统的侵入波）
在电力系统用作避雷器保护配电变压器、配电盘、电镀表等。
在铁路系统用于铁路信号系统防雷，作为移频自动闭塞设备，小站电源屏等半导体讯号装置的保护。
在广播系统用于广播外线防雷击过电压保护。
B、吸收内部过电压（操作过电压）
用于各种电子设备、电子仪器的电源回路吸收切合闸引过的操作过电压，保护可控硅及硅整流管（如用在龙门刨、轧钢机、数控机床调速柜上，大型可控硅整流装置的交流侧、直流侧和元件侧等）以及高低压开关柜、防暴开关真空开关、高压变压器、高压电机等抑制浪涌过电压。
C、消除接点电火花
用于消除继电器触点火花，消除微型马达上电火花。
抑制显象管内部跳火和自动消磁等，以延长被保护线路的寿命，消除由电火花产生的无线电干扰等。
D、发电机灭磁，超导移能和过电压保护
用于各种发电机绕组灭磁，超导磁体移能和转子过电压保护及大功率整流设备与同步电机的过电压吸收。
ZnO非线性电阻的特性及ZnO均能
ZnO非线性电阻的特性及ZnO均能/均流技术的机理正广电隔直设备的核心技术——氧化锌阀片，有许多客户还不太了解，今天，小编就来给大家讲一讲，关于ZnO非线性电阻的特性及ZnO均能/均流技术的机理。
氧化锌阀片作为电力系统过电压过电流防治领域的常见元件，其具有良好的非线性伏安特性。
目前市面上有高压片和高能片之分。
高压片主要应用于过电压保护器、避雷器等过电压治理的产品中，高能片一般采用均能技术可以应用于灭磁柜、隔直等过电流治理产品中。
下面小编将为大家系统介绍氧化锌材料特性和均能/均流技术的机理：1、 ZnO非线性电阻的特性通过对三种电阻的伏安特性曲线分析（见图1），可见电阻具有优良的的伏安特性：即在低电压时,泄漏电流极小(μA级)。
当电压升高到其“导通点”（即保护电压）以上时, ZnO非线性立即导通,此时随着通过电流在不断增大其电压反被“钳制”住不上升，伏安特性十分平坦。
ZnO这种优良的非线性伏安特性给过电压保护带来一系列优点.图1、三种电阻的曲线1.线性电阻2.SiC电阻3.ZnO电阻l) 吸能元件可以直接跨接在被保护设备两端, 其泄漏电流很小（微安级）不产生很大功耗；对被保护设备无影响。
2) 消耗（短路、灭磁等）能量速度最快（微秒级）；3) 过压保护装置可以自动复位（电压一旦下降到保护定值以下，ZnO立刻恢复高阻状态）,而不需要任何附加措施( 如熔丝,逆变甚至停机)；ZnO非线性电阻优良的伏安特性在国内得到广泛的应用。
但是目前用于过电压保护的单片ZnO压敏电阻片( 阀片),其单片“标称”吸能容量为15~30 kJ,而过系统电压保护所需要吸能元件的能容量一般均为几百kJ到几个MJ,因此必须多个阀片串并联组合才能达到消耗能量的目的。
图2、两个ZnO电阻阀片并联时电流分配由上述可见，ZnO非线性电阻的伏安特性虽然呈现出一系列优点, 但它却给组合时的均能(特别是均流)配片带来极大困难。
由于其导通区的伏安特性过于“平坦”,极小的电压差距就会带来极大的电流差距。
氧化锌避雷器工作原理
氧化锌避雷器工作原理氧化锌避雷器是一种常见的电力设备，用于保护电力系统免受雷电冲击。
它基于氧化锌的非线性电阻特性，能够有效地吸收和分散雷电过电压，保护电力设备和路线不受损坏。
工作原理：1. 非线性电阻特性：氧化锌避雷器的主要工作原理是基于氧化锌（ZnO）的非线性电阻特性。
在正常工作情况下，氧化锌是一种绝缘体，电阻很大。
然而，当系统受到雷电过电压冲击时，氧化锌会迅速变为导电状态，电阻急剧下降，以吸收和分散过电压。
2. 电荷转移：当避雷器处于正常工作状态时，氧化锌内部的电荷处于平衡状态。
当雷电冲击产生过电压时，氧化锌避雷器的非线性电阻特性会导致电荷从电力系统转移到避雷器上，以保护电力系统。
这种电荷转移过程能够迅速将过电压分散到地面，防止电力设备受到损坏。
3. 自动恢复：一旦过电压消失，氧化锌避雷器会自动恢复到正常工作状态。
这是因为氧化锌的非线性电阻特性是可逆的，一旦过电压消失，电阻会恢复到高阻态。
这种自动恢复的特性使得氧化锌避雷器能够持续地保护电力系统。
4. 分散过电压：氧化锌避雷器能够将过电压分散到地面，以保护电力设备。
当过电压到达一定阈值时，氧化锌避雷器的电阻急剧下降，形成一条低阻抗通路，将过电压引导到地面。
这样可以防止过电压对电力设备造成损坏。
5. 长寿命：氧化锌避雷器具有较长的使用寿命。
它的工作原理不依赖于消耗型元件，如电弧消失器。
因此，氧化锌避雷器的寿命主要取决于其外部环境和绝缘性能。
总结：氧化锌避雷器是一种基于氧化锌的非线性电阻特性工作的电力设备，用于保护电力系统免受雷电冲击。
它能够吸收和分散过电压，保护电力设备和路线不受损坏。
其工作原理包括非线性电阻特性、电荷转移、自动恢复、分散过电压和长寿命等方面。
通过理解氧化锌避雷器的工作原理，我们能够更好地理解其在电力系统中的重要性和作用。
ZnO压敏电阻基本特性微观结构
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Z n 0 压敏电阻的基本特性与微观结构Basic characteristic and microstructure of ZnO varistors季幼章中国科学院等离子体物理研究所合肥230031摘要：ZnO压敏电阻是一种电阻值对外加电压敏感的半导体敏感元件，主要功能是辨別和限制瞬态过电压，反复使用不损坏。
ZnO压敏电阻的基本特性包括电学特性、物理特性和化学特性。
微观结构是体现这些性质的媒介，是ZnO压敏电阻的基础。
关键词：ZnO压敏电阻；电学性质：物理特性：化学特性：微观结构1引言ZnO 压敏电阻是半导体电子陶瓷器件，主要功能是识別和限制瞬态过电压，反复使用而不损坏。
它的电流（I）—电压（U）特性是非线性的，与稳压二极管相似。
但与二极管不同，压敏电阻能限制的过电压在两个极性上相等，于是呈现的 I 一 U 特性很象两个背对背的二极管。
圧敏电阻能用于交流和直流电场，电压范用从几伏到几千伏，电流范用从亳安到几千安。
压敏电阻还附加有高能量吸收能力的特性，范囤从几焦耳到几千焦耳。
它的通用性使得压敏电阻在半导体工业和电力工业都有应用。
Z n O 压敏电阻是用半导体ZnO 粉末和其它氧化物粉末女口：Bi、Sb、Co、Mn、Cr、Ni、Si 等经过混合、压型和烧结工艺而制成。
得到的产品是具有晶界特性的多晶陶瓷，这一边界特性决泄了压敏电阻的非线性I-U 特性。
Z n O 压敏电阻的基本特性包括电学特性、物理特性和化学特性。
微观结构是体现这些性质的媒介，是 ZnO 压敏电阻的基础。
敏电阻的作用接近于绝缘体，此后它的作用相当于导体。
对设计者关注的电学特性，是它在导电过程的非线或非欧姆特性，以及它作为电阻时，正常工作电压下的低泄漏电流（功率损耗）。
这些特性能够用曲线的三段重要区域来说明。
图1 在宽电流密度和电场范围上的典型I-U曲线2.1. 1小电流线性区2 ZnO 圧•敏电阻的基本特性2.1 ZnO压敏电阻的电性质ZnO压敏电阻最重要的性质是它的非线性1-U特性，如图1所示。
ZnO压敏电阻是伏安特性呈非线性的敏感元件
ZnO压敏电阻是伏安特性呈非线性的敏感元件压敏电阻原理及应用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，。
这种元件是利用陶瓷工艺制成的，它的内部微观结构。
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，。
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。
图(4)所描述的曲线可以说明Zs与保护特性之间的关系。
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。
压敏电阻的非线性系数资料
1引言非线性系数是描述Z n O压敏电阻非线性强弱的电参数。
通过实验建立起电流与电压的函数关系，计算出非线性系数α值。
文章综述了工作环境、添加物的种类、烧成因数、热处理、机械应力、润湿特性对非线性影响。
2非线性系数α2.1非线性系数α定义非线性系数是描述Z n O压敏电阻非线性强弱的电参数。
通过实验可以建立起电流与电压的函数关系，从电流与电压的函数关系中可以看出这种非线性的强弱[1~3]。
取一只Z n O压敏电阻，在其两端施加脉冲电压，脉冲的宽度应窄到不使压敏电阻发热，测出并记下各电压值相对应的电流值，在双对数坐标上描点连线，得到的伏安特性曲线如图1所示。
在图1中，在大于I b的某一电流范围内，I-U特性近于直线，其直线方程为l g I=αl g U-A(1)式中α—为该直线的斜率，α=l gθA—为该直线的截距。
令A=αl g C，上式可写成(2)即(3)由式(3)知，压敏电阻在这一电流范围的I-U特性是由参数α和材料C值决定的。
由α值的几何意义可知，α值越大，该直线越陡，非线性越强。
故α又称非线性系数。
2.2非线性系数α值要给出电流范围在很宽的电流范围内，α并不是一个常数。
在小电流和大电流端，α值均有所下降；在曲线急剧上升区，α值为最大，压敏电阻可充分发挥非线性的作用，α值可达60以上，因此在此区域中，压敏电阻的电阻值对电压的变化是极其敏感的。
由于α值与电流有关，故可在I-U曲线陡峻上升区选定某一电流值范围，在此范围内取其α值对不同压敏电阻进行非线性比较。
不同压敏电阻进入陡峻区的电压也是不同的，一般说来，在一定几何形状下，电流在1m A附近时，Z n O压敏电阻的α值可达最大，往往取与1m A电流相对应的电压作为I随U陡峻上升时电压大小的标志，并把此电压称为压敏电压[4]。
2.3计算非线性系数α值按照式(3)，根据测量结果可以计算α值。
在需要测量的电流范围内，分别确定两个电流值I1和I2，并令I2=10I1。
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(1)
3
3.1
分析讨论
小电流区非线性特性与空间电荷的关系
又有 C=Q/U, U E D , 得 ZnO 压敏压敏电阻 试样的电容为
Q . (2) ED 按照(2)式, 可计算得到 ZnO 试样电容随场强变 化的规律, 如图 8 所示. C
1131
在小电流区, 4 种试样的伏安特性, 空间电荷与 电流密度的关系 , 空间电荷与电场强度的关系都具 有线性特性.
1.2
试验方案
1
1.1
试验系统和试验方案
试验系统及原理
空间电荷测试系统基于电声脉冲技术 , 主要由 直流高压电源, 脉冲发生器, 电极系统, 前置放大器, 示波器和计算机等组成, 如图 1 所示. 其原理是: 假 设试样中存在空间电荷 . 在试样两端施加高压窄脉 冲, 此脉冲在试样中产生脉冲电场力, 在脉冲电场力 的作用下, 试样中的空间电荷产生振动, 振动以声波 的形式向外传播 , 声波幅值的大小反映了电荷量的 大小. 声波到达 PVDF(聚偏二氟乙烯)压电传感器的 时间反映了空间电荷出现的位置. 因此, 经过压电传 感器接收到的电压信号就是包含试样中空间电荷量 的大小及位置的信号[17]. 计算机通过 GPIB 采集卡
中国科学: 技术科学 论 文
2011 年
第 41 卷
第 8 期: 1128 ~ 1134
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS
氧化锌压敏电阻空间电荷与非线性特性的关系
王倩, 屠幼萍*, 丁立健, 琚泽立
华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室, 北京 102206 * E-mail: typ@ 收稿日期: 2010-11-08; 接受日期: 2011-04-01 国家自然科学基金(批准号: 50577021, 50877025)和教育部博士点基金(批准号 : 200800790004)资助项目
2
2.1
测试结果
伏安特性测试结果
图1
空间电荷测试系统结构示意图
四种试样的 V-I 特性曲线如图 2 所示, 图中纵坐 标代表的是电场强度 E, 单位是 V/cm; 横坐标代表的 是试样的电流密度 J, 单位为 A/cm2. 利用伏安特性测试数据 , 计算了试样的电位梯 度和泄漏电流 , 计算结果如表 1 所示 , 泄露电流是 衡量 ZnO 压敏电阻性能的一个重要参数 , 它是指
读写到此信号并进行分析处理 . 试验系统的性能参数如下. 1) 分辨率: 对于 PE 类聚合物, 分辨率可以达到 10 m. 对于 ZnO 材料, 分辨率可以达到 19.5 m; 2) 灵敏度: 可以达到 1 C/cm3; 3) 可测试样的厚度: PE 类聚合物, 可测厚度为 2 mm. 对于 ZnO 材料, 可测厚度为 4 mm; 4) 最大可施加的直流电压: 60 kV/mm.
图3
A 空间电荷沿厚度方向测试结果
图4
试样 A 的曲线对比图
(a) -J 和 V-I ; (b) -E 和 V-I
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中国科学: 技术科学
2011 年
第 41 卷
第8期
图5
试样 B 的曲线对比图
(a) -J 和 V-I; (b) -E 和 V-I
图6
试样 C 的曲线对比图
中国科学: 技术科学
2011 年
第 41 卷
第8期
多都是基于双肖特基势垒模型展开的 [11], 但一直没 有形成统一的理论, 造成这方面研究欠缺的主要原因 是缺乏一个能直接将导电机理和材料本身组成以及它 的微观结构联系起来的桥梁. 电荷的定向移动形成电流 . 对于材料内部电荷 特性的研究是揭示材料导电机理的有效途径 , 空间 电荷为材料研究提供了一个新的手段. 近年来, 已经 开展了大量的电介质材料空间电荷特性的研究[12, 13], 研究工作主要集中在聚乙烯(PE)和硅橡胶等材料. 研 究发现, 空间电荷的存在, 转移和消失会直接导致材 料内部电场的畸变, 使得局部电场被削弱或加强, 从 而对绝缘材料的电导, 击穿破坏, 老化等等产生强烈 的影响[14~16]. 因此空间电荷为研究 ZnO 压敏电阻的 导电机理提供了一个新的角度.
英文版发表信息:
Wang Q, Tu Y P, Ding L J, et al. Relationship between space charge and nonlinear characteristics of ZnO varistor. Sci China Tech Sci, 2011, 54: 17711778, doi: 10.1007/s11431-011-4413-1
隧穿模型, 该模型认为 ZnO 压敏电阻内靠近晶界层的 耗尽层是低压下导电的主要势垒, ZnO 的电击穿与
晶界层的薄弱区域的陷阱有关 . 该模型可以解释 伏安特性曲线的温度依赖性以及添加物的效应 , 但不能很好地解释 ZnO 压敏电阻的导电过程. 1978 年 , Eda[9]提出了双肖特 基势垒 , 即晶界处存在两个 背靠背的肖特基势垒, 低压下热离子发射导电, 高压 下为场致发射. 该模型可以很好解释 ZnO 压敏电阻 的伏安特性及其导电过程. 1979 年, Mahan 在双肖特 基模型的基础上提出了二步传输模型 , 即肖特基－ 晶界层 — 肖特基势垒模型 [10]. 认为电子的传输总是 通过最薄弱处的晶界层, 通过隧穿作用而传输的, 采 用该模型定量估算了 V-I 曲线. 但是, 该模型不能阐 明各种添加剂在成型和优化晶界势垒方面的作用. 可以看出 , 基于晶界层是高阻层的理论是不尽 科学的 , 因为晶界层本身就很薄 , 只有 0.02 m. 自 1978 年以来, 关于 ZnO 压敏电阻导电机理的研究大
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王倩等: 氧化锌压敏电阻空间电荷与非线性特性的关系
图2 表1
ZnO 压敏电阻的 V-I 特性曲线
不同试样的电气参数
Sample A B C D Voltage gradient (V/mm) 55.67 234.144 375.69 299.708 Leakage current (A) 13.0 1.0 0.8 0.9
0.01, 0.1, 1, 5 和 10 mA 下试样中的空间度 也相应增加. 试样 B, C 和 D 的空间电荷分布趋势与 试样 A 相似. 对试样 A 电极处的空间电荷密度进行计算, 发 现电荷密度与电流密度和场强之间存在一定的关系 . 图 4(a)给出了-J 曲线与 V-I 曲线的对比图. 同样-E 曲线与 V-I 曲线的对比图如图 4(b)所示, 表示空间电 荷密度, 单位为c/cm3. 采用同样方法可以画出其他试样曲线对比图 , 分别如图 5~7 所示. 可以发现, 4 种试样的-J 和 V-I 的变化趋势基本 相同, 都呈非线性变化. 试样 A 和 B 达到转折电压时, -J 曲线的饱和程度大于 V-I 曲线, 而试样 C 和 D 的 变化基本一致. 4 种试样的-E 和 V-I 的变化趋势不同, 在小电流区, -E 都呈线性增加, 而电流随着电场的 增加增长缓慢, 当到达转折电压后, 电流随着电场的
电压为 0.75 U 1mA 时通过 ZnO 压敏电阻的电流 . 从表 1 和图 2 中可以看出 , 在低电压区试样具 有很好的 V-I 特性 , 4 种试样中 A 的电位梯度最小 , 其次是 B 和 D, 最后是 C. 泄漏电流的变化趋势与 电位梯度正好相反 .
2.2
空间电荷测试结果
利用 PEA 法空间电荷测试系统对所有试样进行 了测量, 图 3 所示为试样 A 沿厚度方向的空间电荷分 布图. 11 个电流下的空间电荷分布趋势是一致的, 为 了清楚看出空间电荷随电流的变化, 图 3 中显示的是
型可用来解释添加物对非线性的影响 , 但不能充 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, Levinson 和 Philip 提出了薄膜隧穿 模型 [7], 该模型认为晶界层中存在着隧穿过程 , 该模 型虽然解释了较高的非线性区域内伏安特性曲线的温 度相关性, 却不能解释添加剂的作用. 1977 年, Emtage[8]提出了有异质结的肖特基势垒
本文所用试样是某厂家提供的电压梯度不同的 4 种样品, 4 种试样 A, B, C 和 D 的配方不同, 但烧结 工艺是一致的, 采用普通的 ZnO 压敏电阻烧结工艺. 试样直径均为 10 mm, 厚度除了试样 A 是 1.36 mm 外, 其他 3 种试样均为 1.26 mm. 采用 PEA 空间电荷测试系统对 4 种试样进行测 试. 因为不同的 ZnO 压敏电阻具有不同的电位梯度, 为了保证试验条件一致, 以电流为基准进行测量, 即 施加电压至通过试样的电流为预设值时 , 测量试样 的空间电荷分布. 在 0.01~10 mA 的电流范围选取 11 个电流值进行 测试, 分别为 0.01, 0.05, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1, 3, 5, 和 10 mA. 每个测量点加压 10 min 采集空间电荷波形, 每个测量点测量完成后, 将电压回零, 间隔 3 min 进 行下一个测量点的测量, 直至测量完成. 在测试时 , 为了避免脉冲电场在试样中引入空 间电荷, 选取的脉冲幅值为 200 V, 脉宽和频率分别 为 5 ns 和 400 Hz. 伏安特性测试时 , 只需要记录每个电流值所对 应的电压即可 . 此测量是与空间电荷测试同时进行 , 即在测量空间电荷的同时 , 对每种试样进行电流和 电压信号的采集.
(a) -J 和 V-I; (b) -E 和 V-I
图7
试样 D 的曲线对比图
(a) -J 和 V-I ; (b) -E 和 V-I
增长激增, 试样 A 在相同的电场下, -E 曲线出现饱 和 , 而其他 3 种试样 -E 仍然呈线性增加 .
设试样面积为 S, 试样厚度为 D, 为测试得到的 下表面电荷密度, 则电极下表面的电荷量为