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ZnO压敏电阻8/20μs冲击电流极性变化因素的探索

2025-04-14 10:54:51 来源:半导体器件应用网

ZnO压敏陶瓷是以ZnO为主要原料,掺杂各种金属氧化物添加剂,经高温烧结而成的功能陶瓷,展现出了卓越的非线性电流-电压特性、极快的响应时间以及强大的浪涌电流吸收能力。这些特性使其在多个领域,包括移动通信、汽车工业、轨道交通及电力输配电系统中,作为对抗雷电过电压、开关浪涌及瞬态过电压的关键保护元件,发挥着不可替代的作用[1-7]。工作原理在于,当系统遭遇瞬态过电压冲击时,ZnO压敏电阻能够迅速响应,其电阻值急剧降低并高效导通,从而有效分散并吸收过电压能量,保护电路中其他敏感元件免受损害[8-13]。其在大电流冲击下的压敏电阻性能稳定性对于系统的安全运行至关重要。然而,ZnO压敏电阻在冲击后往往会出现极性效应[14-19](在外施电压作用下,由于正负偏压的作用,两侧的Schottky势垒发生不对称的畸变,因而两侧的势垒高度也相应地发生改变。ZnO压敏电阻的这种两侧Schottky势垒高度不对称的现象称之为极性效应),这对其长期稳定运行构成挑战。因此,探究ZnO压敏电阻冲击后的极性变化具有重要的现实意义。

K. Eda等[20, 21]探究了因直流偏置而退化压敏电阻样品的热刺激电流(TSC)。观测到的TSC值得到的电荷量与V-I曲线的退化程度密切相关。提出V-I曲线的退化是由肖特基势垒高度的不对称变化引起的,肖特基势垒的变形是由空间电荷的不均匀分布引起的。而后又探究出交流偏置引起的退化是富Bi2O3晶间层两侧的肖特基势垒变形引起的,这是由于肖特基势垒中的耗尽层中的离子迁移造成的。B. Shr-Nan等[22]通过I-V和交流测量研究了ZnO压敏电阻由电流脉冲引起的衰减现象。不同数量的施加浪涌对 I-V曲线,V0.1mA和泄漏电流的影响,归因于晶界势垒的不对称变形。随着外加脉冲的增加,深陷阱性质和传导机理的变化归因于缺陷结构和传导模型的改变。王等人[23]探究Sb2O3掺杂对压敏电阻浪涌冲击稳定性的影响取决于微观结构均匀性与晶界处结构缺陷之间的竞争。掺杂适量的Sb2O3与掺杂其他金属氧化物或离子相比,能更好地改善ZnO压敏电阻的降解行为。张等人[16]提出了一种改进的ZnO压敏电阻电学模型,考虑了工频电压下单极性脉冲老化引起的极性效应。在负极性15/35μs冲击电流下对ZnO压敏电阻样品进行了加速老化测试,验证了所提模型。极性效应对于器件的长期稳定运行是不利的,但对于压敏电阻样品产生极性效应的关键因素的探究比较少。本压敏电阻实验基于以往文献研究中[23-25]对大电流冲击后性能有影响的条件下设置三个变量,分别是Sb2O3的掺杂含量,电位梯度以及烧结温度,基于压敏电阻样品这三个变量探究影响冲击极性变化可能的关键因素。本实验设置三个变量,分别是Sb2O3的掺杂含量,电位梯度以及烧结温度,基于这三个压敏电阻变量探究下影响冲击极性变化的关键因素。

Schottky势垒和缺陷结构

 

 

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