氧化鋅壓敏電阻特性

文/譚智昭 王洋

現(xiàn)階段氧化鋅壓敏電阻已經(jīng)取得了很好的應(yīng)用，在電力系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的過壓保護中發(fā)揮著重要的作用，但是在實際使用時有很大優(yōu)化空間，比如氧化鋅壓敏電阻的老化判定可以進行優(yōu)化處理，這樣可以更好的對氧化鋅壓敏電阻的老化進行判定防止出現(xiàn)因為受潮而導(dǎo)致性能的老化。針對這些可優(yōu)化的空間，筆者對氧化鋅壓敏電阻的特性進行探討，有著重要的現(xiàn)實意義。

1 氧化鋅結(jié)構(gòu)特征

1.1 氧化鋅晶體的結(jié)構(gòu)

研究氧化鋅壓敏電阻特性，首先要對氧化鋅晶體進行研究。氧化鋅晶體是利用紅鋅礦為原料制作的金屬氧化物，這種氧化物中既包括化學(xué)鍵又包括離子鍵，屬于中間鍵型，氧化鋅壓敏電阻的這種獨特的鍵形也就決定著其獨有的特性。氧化鋅壓敏電阻的基本結(jié)構(gòu)是成六角排布的，并且在六角排布的中間有著很多的鋅離子填充。通常情況下，氧化鋅壓敏電阻有著三種構(gòu)型，三種構(gòu)型分包為六角、立方閃鋅、立方巖鹽礦等。這三種結(jié)構(gòu)是可以進行轉(zhuǎn)換的。

1.2 氧化鋅晶體結(jié)構(gòu)的缺陷

我們在對氧化鋅壓敏電阻的特質(zhì)進行使用時，很少有人了解過這些能夠被我們使用的特性來源于氧化鋅壓敏電阻中氧化鋅晶體中的結(jié)構(gòu)缺陷，這是這些缺陷使得氧化鋅壓敏電阻有了很多的電阻特性。上文我們已經(jīng)提到過氧化鋅壓敏電阻通常情況下有三種可以互相轉(zhuǎn)換的構(gòu)型，這些構(gòu)型基本決定了他們的缺陷來源。

立方閃鋅結(jié)構(gòu)中有很大的孔隙，這些孔隙中不同的離子的擴散不同，有的離子的擴散系數(shù)比較高，就易于擴散，有的離子擴散系數(shù)低就不容易擴散，這些特性使得鋅離子容易集中出現(xiàn)積聚的情況。同時氧化鋅壓敏電阻中的晶體也會受到摻雜的雜質(zhì)影響，這種雜質(zhì)影響也會導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，這種雜質(zhì)影響的缺陷主要是呈現(xiàn)為空腔和空穴，這些空腔和空穴將會直接影響到氧化鋅晶體的電子的流向，導(dǎo)致其載流子發(fā)生散射，使得載流體的遷移受到較大的影響。

2 氧化鋅壓敏電阻的結(jié)構(gòu)

氧化鋅壓敏電阻大體結(jié)構(gòu)相同，通常有以下幾個部分：

（1）氧化鋅電阻的氧化鋅晶體主體，這部分主要是由氧化鋅晶粒組成，通常情況下也會有相應(yīng)的微量元素融入用于調(diào)整其伏安特性。

（2）晶界層，這部分有很多種添加物共同構(gòu)成，這部分厚度通常情況下是很小的；

（3）尖晶石晶粒：它是氧化鋅與氧化銻的復(fù)合氧化物，此外還含有雜質(zhì)，粒徑約為幾個微米左右；

（4）孔隙：分布于氧化鋅晶粒和晶界層內(nèi)。

3 氧化鋅壓敏電阻的非線性伏安特性

通過實際的試驗測量不難發(fā)現(xiàn)氧化鋅壓敏電阻存在非線性伏安特性，這種試驗結(jié)構(gòu)情況也歸屬于晶界現(xiàn)象的一種。氧化鋅壓敏電阻的這種特性主要是收到了氧化鋅壓敏電阻的內(nèi)部晶體的結(jié)構(gòu)的影響。上文提到的不同的氧化鋅壓敏電阻中內(nèi)部的氧化鋅晶體可能會在不同的結(jié)構(gòu)中進行轉(zhuǎn)換，同時在這種轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)很多的不均勻的結(jié)構(gòu)特征，這會導(dǎo)致圍觀狀態(tài)下的氧化鋅壓敏電阻內(nèi)部的氧化鋅晶體存在多種不同的狀態(tài)，同時不同的加工方式和加工方法也會導(dǎo)致這種情況的出現(xiàn)。與此同時，在氧化鋅壓敏電阻的制作過程中會有著不同的“摻雜”，這些不同的摻雜也會導(dǎo)致氧化鋅壓敏電阻的內(nèi)部氧化鋅晶體出現(xiàn)不同的微觀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其出現(xiàn)非線性伏安特性。

氧化鋅壓敏電阻兩段進行電壓加載時，如果加載的電壓比較小沒有能夠達到氧化鋅壓敏電阻的標(biāo)注亞明電壓，這時也會出現(xiàn)一定的電流，但是這時出現(xiàn)的電流非常的小，可能會不足1uA，同時這時電流和電壓出現(xiàn)階段性的線性關(guān)系，但是這時的電阻比較大，基本上類似于絕緣體，我們通常將這種狀態(tài)稱為截止?fàn)顟B(tài)；在兩段加載的電壓比較高時，氧化鋅壓敏電阻的電阻值會猛然降低，這種降低可能會導(dǎo)致氧化鋅壓敏電阻的電阻基本等同于導(dǎo)線的等導(dǎo)體的電阻。

上文我們提到了壓敏電壓，通常情況下壓敏電壓并不是一個確定的數(shù)字，是根據(jù)不同的氧化鋅壓敏電阻進行不同的壓敏電阻的確定的。當(dāng)前人們是以使氧化鋅壓敏電阻內(nèi)部出現(xiàn)1uA 的電流密度時其兩端加載的電壓作為該氧化鋅壓敏電阻的壓敏電壓。同時氧化鋅壓敏電阻在超過其亞敏電壓后，隨著電壓的增高而其內(nèi)部的電阻不斷的減少，有些類似與電壓的擊穿效應(yīng)，但是氧化鋅壓敏電阻擊穿并不是擊穿破壞，而是一種可以恢復(fù)的擊穿，當(dāng)我們將氧化鋅壓敏電阻兩端的電壓去掉后就會發(fā)現(xiàn)氧化鋅壓敏電阻又回到了其原始的狀態(tài)特性。

研究氧化鋅壓敏電阻不僅僅是可以在宏觀特性上進行研究，也可以通過現(xiàn)代化的技術(shù)對氧化鋅壓敏電阻的微觀狀態(tài)進行研究。通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，氧化鋅晶體的晶粒本身的電阻率為千分之一歐姆至十分之一歐姆每米；但是氧化鋅晶體的晶界層的電阻率則可以達到千萬歐姆每米。通常情況下我們加載在氧化鋅壓敏電阻上的電壓比較抵時，這些電壓只能作用于晶界層，這時的氧化鋅壓敏電阻的電阻阻值就比較大，電流相對較小。但是如果作用的電壓超過壓敏電壓并仍然提升時，相應(yīng)的電壓可以作用到晶粒上，這時氧化鋅壓敏電阻的電阻會有相應(yīng)的降低，內(nèi)部的電流會呈現(xiàn)出較大的增幅，這種增幅是要超過氧化鋅壓敏電阻兩側(cè)加載的電壓增幅的，使得氧化鋅壓敏電阻呈現(xiàn)出非線性伏安特性。

由于氧化鋅壓敏電阻這種特性，我們可以將不同電壓作用于氧化性亞敏電阻時的現(xiàn)象進行分類，分別為：預(yù)擊穿區(qū)、擊穿區(qū)和回升區(qū)。這些不同的劃分主要是依據(jù)氧化鋅壓敏電阻在不同狀態(tài)下的不同的伏安特性。

4 結(jié)語

本文對氧化鋅壓敏電阻的結(jié)構(gòu)特性和伏安特性進行分析，通常情況下氧化鋅壓敏電阻的使用性能主要是其在化學(xué)方面的穩(wěn)定性和在物理方面的非線性伏安特性、限壓特性、熱性能、機械性能。目前已經(jīng)有使用氧化鋅壓敏電阻制作的限壓器、浪涌保護器，這兩種保護裝置可以較好的對超高電壓（雷電電壓、操作高壓）等進行吸收，保護電路系統(tǒng)不被瞬時高壓破壞。