ZnO压敏电阻器及其应用.pdf

ZnO 压敏电阻器及其应用 一．ZnO 压敏电阻器的组成 二．ZnO 压敏电阻器的特性 三．ZnO 压敏电阻器的导电 四．ZnO 压敏电阻器的老化 五．ZnO 压敏电阻器的破坏 六．ZnO 压敏电阻器的工艺 七．组成和工艺对性能的影响 八．ZnO 压敏电阻器的应用 一． ZnO 压敏电阻器的组成 1．1 纯 ZnO 陶瓷的结构 ZnO 晶体为纤锌矿型结构，属六角晶系，Zn 占据一半的四面体位置， 另一半四面体位置和所有的八面体位置都是空的，结构开放，杂质容易进 入 ZnO 晶格。ZnO 的禁带宽度为 3.3eV，密度为 5.6g/cm3 ，熔点为 2070K 。 纯 ZnO 陶瓷为非化学计量比化合物，氧不足，化学式可写成 ZnO1-x(x0)， 有大量的 Zni 存在，因氧缺位会造成很大的晶格畸变，所以晶粒体内 Vo 较难形成，为 n 型半导体，电流和电压间为线性关系，没有压敏特性。 1．2 ZnO 压敏电阻器的相组成 ZnO 压敏电阻器是在 ZnO 中添加 Bi O ，Sb O ，Co O ，MnO ， 2 3 2 3 2 3 2 Cr O 等化合物经高温烧结而成，相组成如表 1 所示。 2 3 表 1 ZnO 压敏电阻器的相组成 化合物 化学式 掺杂元素 位置 电阻率 作用 氧化锌 ZnO Co,Mn 晶粒 1-10 Ω·cm 构成瓷体， 大电流通道 尖晶石 Zn （Zn4/3Sb2/3 ）O4 Co,Mn,Cr 晶界 1012 Ω·cm 阻止晶粒长大 富铋相 12/14 Bi O ·Cr O Zn,Sb 晶界 促进烧结， 2 3 2 3 , β/ δ- Bi O 产生非线性 2 3 焦绿石相 Bi2 （Zn4/3Sb2/3 ）O6 Co,Mn,Cr 烧结良好 时不存在 ZnO 晶相位于晶粒体内，为低电阻率的半导体，对大电流特性有决定 性作用。ZnO 半导化的原因主要是氧不足导致的非化学计量比和施主掺 杂，有大量的导电电子存在，为 n 型半导体。 富铋相，约在 750℃形成 12/14 Bi O ·Cr O ，温度低于 850℃参与 2 3 2 3 形成焦绿石相，超过 850℃后从焦绿石相中分离出来，生成含 Cr 的富铋 相，含有尖晶石相和Zn，随着温度的升高，Cr 逐步移到尖晶石相中。 Cr 有稳定尖晶石相的作用，高温冷却时，可以阻止生成焦绿石相。 焦绿石相 700-900℃时形成，850℃时达到最大值，约 950℃时消失， 反应式如下： 2Zn Bi Sb O + 17ZnO ——3Zn Sb O + 3Bi O 2 3 3 14 7 2 12 2 3 1．3 ZnO 压敏电阻器中的缺陷 ZnO 压敏电阻器中的缺陷有正一价和正二价的 Zni 和 Vo ，负一价和负 二价的 VZn ，正一价的 DZn 。VZn 主要在晶界处，VZn 为受主态，使晶粒表 面形成一电子耗尽层而产生势垒，约 0.7eV 。Zni 容易迁移为亚稳态，是老 化产生的根源所在。DZn 可降低晶粒体的电阻，提高通流容量。Vo 在氧不