论文部分内容阅读
ZnO压敏电阻由于其优异的U-I非线性特性和浪涌电流耐受能力,被广泛地应用于电子、电力的保护电路中。为了提高压敏电阻的压敏电压和浪涌电流耐受能力,本文研究了sol-gel法制备的纳米ZnO粉体作为原材料制备压敏电阻;同时,本文还研究了几种添加物添加量及样品烧结温度对ZnO压敏电阻电性能的影响。此外还研究了实验制备的压敏材料样品的晶界势垒高度和电子松弛极化中的激活能。用正交试验法研究了添加物和烧结温度对ZnO压敏电阻的电性能的影响。以Bi2O3、Co3O4、Sb2O3三种添加物的添加量及烧结温度为变量,通过方案设计、试验和数据处理,得出了所研究四个变量在设定范围的优选值,以优选值制备了ZnO压敏电阻样品,性能指标达到:非线性系数α=49,压敏电压V1mA=178V/mm,漏电流IL=0.4μA,电容量C= 766pF。该样品用于本论文工作的后续研究工作。用sol-gel法制备的纳米ZnO粉体,并通过改变前躯体的焙烧温度得到四种不同的纳米ZnO粉体。分析ZnO粉体的SEM图可知,随着前躯体焙烧温度的升高,ZnO粉体的平均粒径和粒径大小分布范围逐渐增大,焙烧温度在500℃,ZnO粉体的平均粒径最小,约为40nm。对比分析用这四种不同纳米ZnO粉体制备的压敏电阻的电性能可知,随着前躯体焙烧温度的升高,压敏电压和漏电流逐渐下降,而非线性系数和残压比则逐渐升高。此外,本文还将sol-gel法制备的纳米ZnO压敏电阻与等离子法制备的亚微米级ZnO压敏电阻和商用微米级ZnO压敏电阻作性能比较,结果显示纳米ZnO压敏电阻的压敏电压和浪涌电流耐受能力更高。在肖特基势垒模型中,势垒高度对ZnO压敏电阻的电性能如非线性系数起着决定性作用。测量两种不同ZnO压敏电阻在不同温度下的泄漏电流,并分别通过电子热激活发射电流来估算它们的势垒高度。结果显示:有着更高非线性系数的亚微米级ZnO压敏电阻的势垒高度比纳米ZnO压敏电阻的势垒高度大。在原子缺陷模型中,耗尽层包含有两种原子缺陷:一种是稳态原子缺陷,包括位置固定的离子缺陷,例如: VO +、VO 2+;另一种是亚稳态离子缺陷,包括易于迁移的填隙锌离子Zn i+、Zn i2+。通过测量分析ZnO压敏电阻在不同温度下的频谱特性得到:频谱特性曲线中的两个损耗峰,对应的离子激活能0.37eV和0.23eV分别是氧空位和锌填隙离子发生电子松弛效应时的离子激活能;不同的ZnO粉体制备的压敏电阻的离子激活能相差不大。