铜电极与银电极ZnO压敏电阻电性能对比研究
ZnO基压敏陶瓷具有优良的非线性I-V特性及耐脉冲电流能力，作为过压保护和浪涌吸收的元件被广泛地应用在电子线路、电力系统中[1, 2]。ZnO基压敏陶瓷的非线性特性来源于在晶界处存在的晶界势垒--双肖特基势垒[3]。ZnO基压敏陶瓷的晶界势垒是其具有强非线性特性和耐受大电流脉冲的关键。晶界势垒微结构及其物理特性决定于压敏陶瓷材料组成和烧结条件，大量研究报道了化学组成对晶界势垒的影响。ZnO基压敏陶瓷内部的氧化锌晶粒具有高导电率，由于Bi2O3、Co2O3、MnO2、Sb2O3等添加剂的作用，使得晶界处导电特性与晶粒内部差异很大，从而导致氧化锌晶粒之间形成了界面电子势垒。
与其他电子元件一样，ZnO压敏陶瓷元件表面需要金属化形成金属电极从而与应用电路相连接，氧化锌压敏陶瓷最早应用在电力系统的避雷器中替代碳化硅避雷器阀片，氧化锌避雷器阀片普遍采用等离子喷涂金属铝电极。用于电子线路的压敏电阻通常需要焊接引线，而金属铝表面难以焊接，因此氧化锌压敏电阻通常采用银电极。
近年来金属银价格不断上涨，目前，氧化锌压敏电阻生产成本中，银电极成本占材料成本超过50%，因此采用铜、铝等贱金属替代银作为压敏陶瓷的电极材料具有十分重要的经济意义。铝电极与氧化锌压敏陶瓷接触良好，采用喷涂或丝印制备一层铝电极，再在其上丝印制备小面积银电极用于焊接，可以节省银电极成本，但是这样做会增加生产工序成本，而且，对于丝印烧渗金属铝电极用于压敏陶瓷材料，其长期应用可靠性也有待验证。
采用铜电极既可降低成本，又可以满足焊接需求。铜电极的制备有多种方法，喷涂金属铝层的基础上再喷涂金属铜，在保证电极层与氧化锌压敏陶瓷良好结合的同时，满足可焊性的要求[4]；电化学沉积方法也可以在氧化锌压敏陶瓷上制备铜电极[5]；采用磁控溅射可以在压敏陶瓷表面制备可焊铜电极[6]；丝印烧渗法在压敏陶瓷上制备铜电极已有多家制造企业成功应用[7]。
采用丝印烧渗法在压敏陶瓷材料上制备铜电极是取代银电极最便捷方法，丝印铜电极浆料和丝印银电极浆料工艺相同，还原烧渗温度接近，都在500 ~ 600℃范围，唯有还原烧渗气氛不同，由于金属铜易于氧化，还原烧渗铜电极需在缺氧气氛下进行。
本文对比研究丝印烧渗铜电极与银电极压敏元件特性，包括金属电极材料与氧化锌压敏陶瓷材料的微观结合形貌、小电流电压电流特性、大电流脉冲特性，并采用介电频谱法研究分析两种电极压敏元件电性能的差别。
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