工艺对ZnO压敏陶瓷材料的电学性能的影响

工艺对ZnO压敏陶瓷材料的电学性能的影响摘要：Zn0压敏电阻是半导体陶瓷电子材料的一种，它具有伏安特性为非线性的特点，即阻值在外加电压增到某一值以后急剧下降。不同类型的压敏电阻器的伏安特性曲线的形状有很大差别，表明它们偏离线性关系的程度不同，可用来衡量电阻器阻值对电压的敏感程度。本研究对Zn0压敏陶瓷材料的掺杂、烧结气氛、烧结温度和保温时间等工艺方面对ZnO压敏陶瓷材料的电学性能的影响。从结构特征、压电性能优势，以及实际应用中的有效调控手段等方面进行论述。

关键词：Zn0、压敏材料、电学性能

一、引言

压敏材料是指在某一特定电压范围内材料的电阻值随加于其上电压不同而发生显著变化的具有非线性欧姆特性的电阻材料，其中以Zn0压敏陶瓷材料的特性最佳。Zn0是一种新型的功能陶瓷，具有优良的非线性伏安特性、极好的吸收浪涌电压、响应速度快、漏电流小等优点，被广泛应用于电力系统、军工设备、通讯设备和家庭生活等许多方面。它作为保护元件在过压保护上发挥着越来越重要的作用，因此加强对Zn0压敏陶瓷的深入开发研究具有重要的现实意义。

自1968年日本松下公司报道以来，Zn0压敏陶瓷因其优异的压敏特性引起了广泛关注，如今已然成为高新技术领域半导体陶瓷发展的重要一极。经过众多科研工作者近50年坚持不懈的探索，在配方、制作工艺、形成机理及伏安特性的微观解析等方面都进行了系统的研究，从而全面提升了Zn0压敏陶瓷的综合性能。同时还总结出了大量适用于工业生产的制作工艺，扩展了使用范围。

二、工艺方面对ZnO压敏陶瓷材料的电学性能的影响

Zn0压敏陶瓷是以Zn0成分为主体和少量的金属氧化物添加剂BI2O3 sb2o3

等共同构成的半导体材料。其中添加剂的不同，对氧化锌压敏电阻的影响不同。一般来说，常见配方中AL能形成液相促进烧结，溶有其他添加物的富bi层和富pr层为晶界层势垒的形成提供条件，BI2O3 sb2o3能提高Zn0压敏陶瓷非线性和稳定性，许多学者发现微量元素掺杂能够抑制晶粒生长，降低晶粒电阻率，从而提高非线性，拓展氧化锌的压敏电位梯度。若是掺杂的离子半径比ZnO小，所以能够进入Zn0晶粒中，并影响晶格点阵缺陷的平衡。以Al为例，Al离子进入Zn0晶粒中，Al离子将取代二价Zn2离子使电子转移到导带，反应可以写成如下

A1会取代Zn离子或进入填隙位形成半导体施主掺杂。半导体施主掺杂对缺陷平衡的影响，会造成半导体元器件电性能的变化。大量研究证实，Al的添加是一种有效的方式来提高钳位电压比。然而，铝离子的引入突出了一些问题。特别是，压敏电阻的漏电流密度急剧增高，包括增加功耗和恶化稳定性等压敏电阻器件面临的危险情况。究其根本原因，主要是因为铝离子具有优良的导电特性，而过量的铝离子则增加了晶界的导电性。

图1在0.02 wt%-O.O5wt%范围内的A1掺杂都不同程度上提高了压敏电位梯度。掺杂量增加，压敏电位提高。而其他电性能非线性系数降低，漏电流上升。对Zn0压敏陶瓷来说随掺杂含量上升，电性能有不同程