半導體壓敏電阻器

1、半導體壓敏電阻器半導體壓敏電阻器前言v半導體壓敏電阻器是指在特定的電壓范圍內，半導體壓敏電阻器是指在特定的電壓范圍內，阻值隨電壓的增加而急劇減小的電子元件，阻值隨電壓的增加而急劇減小的電子元件，這種電阻器的伏安特性呈非線性，故也稱非這種電阻器的伏安特性呈非線性，故也稱非線性電阻器或變阻器。線性電阻器或變阻器。品種很多v按材料不同分：按材料不同分： 碳化硅碳化硅 硅（或）鍺硅（或）鍺 氧化鋅氧化鋅 其他金屬氧化物其他金屬氧化物v按物理機構分：按物理機構分： 體形體形 結型結型v按伏安特性分：按伏安特性分： 對稱型（無極性）對稱型（無極性） 非對稱型（有極性）非對稱型（有極性）應用v電力系統(tǒng)電力系

2、統(tǒng)v電子線路電子線路v家用電器家用電器 尤其在過壓保護、高壓穩(wěn)定以及高能浪涌吸尤其在過壓保護、高壓穩(wěn)定以及高能浪涌吸收等方面更突出收等方面更突出一、壓敏電阻的特性參數(shù)1.1、主要特性、主要特性1.1.1 伏安特性伏安特性v壓敏電阻器的伏安特性曲線，一般用比較直觀壓敏電阻器的伏安特性曲線，一般用比較直觀的直角坐標方法來表示，如圖的直角坐標方法來表示，如圖1 就是幾種常用壓就是幾種常用壓敏電阻器的伏安特性曲線?？梢姡敿佑趬好裘綦娮杵鞯姆蔡匦郧€?？梢姡敿佑趬好綦娮杵魃系碾妷撼^某一特定數(shù)值時，通過電電阻器上的電壓超過某一特定數(shù)值時，通過電阻器的電流就急劇增大，呈現(xiàn)伏安特性的非線阻器的電流就急

3、劇增大，呈現(xiàn)伏安特性的非線性關系。性關系。v圖圖圖1 幾種電阻器的伏安特性曲線幾種電阻器的伏安特性曲線 碳化硅壓敏電阻碳化硅壓敏電阻 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 氧氧化鋅壓敏電阻一般線性電阻器化鋅壓敏電阻一般線性電阻器定義v在給定的外加電壓作用下，壓敏電阻器伏安特在給定的外加電壓作用下，壓敏電阻器伏安特性曲線上某點性曲線上某點: 動態(tài)電阻動態(tài)電阻Rd(dV/dI）和靜態(tài)電阻）和靜態(tài)電阻Rj(Rj=V/I)的的比值，稱作壓敏電阻的電流指數(shù)比值，稱作壓敏電阻的電流指數(shù) 靜態(tài)電阻靜態(tài)電阻Rj與動態(tài)電阻與動態(tài)電阻Rd的比值，稱作壓敏電的比值，稱作壓敏電阻器的電壓指數(shù)阻器的電壓指數(shù) 式中：式中：I為伏安特性曲

4、線某點電流（為伏安特性曲線某點電流（A） V為伏安特性曲線某點電壓（為伏安特性曲線某點電壓（V）djjdRIdvRVdIRVdiRIdv變化積分 V為施加在壓敏電阻器上的電壓為施加在壓敏電阻器上的電壓 I為流經壓敏電阻器的電流為流經壓敏電阻器的電流 C、K均為常數(shù)，并且均為常數(shù)，并且 VCIVIKVC1KC電流指數(shù)電流指數(shù)電壓指數(shù)電壓指數(shù) 通稱非線性系數(shù)，是描述壓敏電阻器伏安特性非通稱非線性系數(shù)，是描述壓敏電阻器伏安特性非線性強弱的重要參數(shù)，線性強弱的重要參數(shù)，小于小于1，而，而大于大于1。v或或的大小就可以說明壓敏電阻伏安特性偏離的大小就可以說明壓敏電阻伏安特性偏離歐姆定律的程度，若歐姆定律

5、的程度，若越小，越小，越大，表示非線越大，表示非線性越大，伏安特性曲線上升越顯著。性越大，伏安特性曲線上升越顯著。v在一個很窄的電壓、電流范圍內在一個很窄的電壓、電流范圍內:2121loglogloglogVVII2121loglogloglogIIaVVv在生產和應用壓敏電阻時，通常是分別確在生產和應用壓敏電阻時，通常是分別確定兩電流值定兩電流值I1和和I2,并令并令I2=10I1,分別測得分別測得I1和和I2相對應的電壓值相對應的電壓值V1和和V2，然后按下式求出，然后按下式求出a 值。值。211loglogaVV1.1.2 C值1VIC當電流當電流I1A時，則時，則因：因： a不等于不等

6、于1，所以所以C=V, 或或C=V1A即即C值在數(shù)值上等于流經壓敏電阻器的電流為值在數(shù)值上等于流經壓敏電阻器的電流為1A時的電壓值，時的電壓值，C值與作用電壓有一定的對應關系，值與作用電壓有一定的對應關系，C值越大，一定電流下所對應的電壓越高值越大，一定電流下所對應的電壓越高n個電阻器串聯(lián)個電阻器串聯(lián)式中式中C為串聯(lián)后壓敏電阻器的為串聯(lián)后壓敏電阻器的C值，由于串聯(lián)前后的值，由于串聯(lián)前后的電流相同，則有電流相同，則有即即CnC,說明說明n個特性相同的電阻串聯(lián)后，個特性相同的電阻串聯(lián)后，C增加增加n倍，且倍，且V1mA值也按值也按n倍增加倍增加nVICnVVCCv為提高使用電壓，可用伏安特性相同為

7、提高使用電壓，可用伏安特性相同或接近的壓敏電阻器串聯(lián)使用，而從或接近的壓敏電阻器串聯(lián)使用，而從制造工藝上，可以調整產品厚度的方制造工藝上，可以調整產品厚度的方法得到不同的壓敏電壓值。法得到不同的壓敏電壓值。n個電阻器并聯(lián)個電阻器并聯(lián)1VVnInCCCCn111nCC由于 遠大于 ，所以，可得v說明利用壓敏電阻器的并聯(lián)來降低說明利用壓敏電阻器的并聯(lián)來降低C值的效果不值的效果不大，但可以提高壓敏電阻的通流能力，使其在大，但可以提高壓敏電阻的通流能力，使其在通過較大的電流時不致失效。通過較大的電流時不致失效。CC1.1.3電阻特性v壓敏電阻器的阻值在某規(guī)定范圍內隨電壓的增加而壓敏電阻器的阻值在某規(guī)定

8、范圍內隨電壓的增加而急劇減小，若施加電壓急劇減小，若施加電壓V，流過電流為，流過電流為I，則阻值為，則阻值為：117110101011151111055VCICRIIIVVRIKVKVRKVKVKV或當 ，而電壓增加 倍時，77101011/(10)10R RKVKV可見，壓敏電阻器當施加電壓變化可見，壓敏電阻器當施加電壓變化5倍，阻值則變倍，阻值則變化了千萬倍，說明壓敏電阻器對電壓是相當敏感化了千萬倍，說明壓敏電阻器對電壓是相當敏感的。的。v但阻值的減小不是無限的，在但阻值的減小不是無限的，在v高壓端：流過元件的電流超出規(guī)定范圍，則伏高壓端：流過元件的電流超出規(guī)定范圍，則伏安特性偏離原來的非

9、線性，而接近線性安特性偏離原來的非線性，而接近線性v低壓端：由于漏電流的存在，使壓敏電阻的伏低壓端：由于漏電流的存在，使壓敏電阻的伏安特性同樣出現(xiàn)非線性偏離安特性同樣出現(xiàn)非線性偏離1.1.4 功率特性v消耗功率：11111PVIPCIICIPKVVKV當電流增加時，因 小于，所以功率增加不大；而 大于，則功率隨電壓的 次冪增加。在選用壓敏電阻器時，其連續(xù)使用電壓必須在給定在選用壓敏電阻器時，其連續(xù)使用電壓必須在給定的允許電壓范圍內的允許電壓范圍內1.1.5 溫度特性211211VVVVV TTVTv隨著溫度的上升，壓敏電壓下降，一般以電壓溫度系隨著溫度的上升，壓敏電壓下降，一般以電壓溫度系數(shù)來

10、表征這種溫度特性，定義數(shù)來表征這種溫度特性，定義: :v在規(guī)定的溫度范圍內，溫度每變化在規(guī)定的溫度范圍內，溫度每變化11時，零功率條時，零功率條件下測得的壓敏電壓的相對變化率，可用下式表示：件下測得的壓敏電壓的相對變化率，可用下式表示：2112111212341010/VVVVVV TTVTVVTT式中， 為室溫下的壓敏電壓值，為極限環(huán)境溫度下的壓敏電壓值， 為室溫溫度，為極限環(huán)境溫度一般在5585 C的環(huán)境溫度下，可控制在C之間參數(shù)：1.壓敏電壓v在正常環(huán)境條件下，壓敏電阻器流過規(guī)定的在正常環(huán)境條件下，壓敏電阻器流過規(guī)定的電流（通常是電流（通常是1mA直流）時的端電壓，稱壓直流）時的端電壓，

11、稱壓敏電阻器的壓敏電壓，記做敏電阻器的壓敏電壓，記做V1mA,通常標記在通常標記在元件上，故也叫標稱壓敏電壓。元件上，故也叫標稱壓敏電壓。v是使用和制造壓敏電阻器的一個重要參數(shù)，是使用和制造壓敏電阻器的一個重要參數(shù)，幾乎所有考核壓敏電阻器特性的實驗都是以幾乎所有考核壓敏電阻器特性的實驗都是以壓敏電壓的變化率來評價壓敏電壓的變化率來評價2 漏電流v漏電流是指壓敏電阻器正常工作時通過的電流，它漏電流是指壓敏電阻器正常工作時通過的電流，它不但與電壓有關，而且與溫度具有強烈相關性，電不但與電壓有關，而且與溫度具有強烈相關性，電壓和溫度的增高都會使漏電流加大，因此使用壓敏壓和溫度的增高都會使漏電流加大，

12、因此使用壓敏電阻器，必須考慮溫度極限漏電流增大情況，同時電阻器，必須考慮溫度極限漏電流增大情況，同時必須根據(jù)工作電壓正確選擇壓敏電壓。必須根據(jù)工作電壓正確選擇壓敏電壓。1111.52.20.660.45mAmAmAVVVVVVV或v第一式可作為工作電壓選壓敏電阻器的參考第一式可作為工作電壓選壓敏電阻器的參考v第二式可作為選取工作電壓的參考第二式可作為選取工作電壓的參考（1）（2）3 通流容量v通流容量（或耐浪涌能力）是指按通流容量（或耐浪涌能力）是指按技術條件技術條件的的規(guī)定施加規(guī)定施加規(guī)定波形規(guī)定波形的沖擊電流，沖擊后壓敏電的沖擊電流，沖擊后壓敏電阻器的壓敏電壓的變化率小于或等于技術條件阻器

13、的壓敏電壓的變化率小于或等于技術條件所規(guī)定值時所通過的最大電流所規(guī)定值時所通過的最大電流v它是衡量壓敏電阻器耐受高浪涌電流沖擊能力它是衡量壓敏電阻器耐受高浪涌電流沖擊能力的重要參數(shù)，主要取決于：材料組分，制造工的重要參數(shù)，主要取決于：材料組分，制造工藝，產品幾何尺寸，也與電脈沖波形，持續(xù)時藝，產品幾何尺寸，也與電脈沖波形，持續(xù)時間的脈沖間隔有關。間的脈沖間隔有關。4 固有電容v由于材料和結構的原因，各種壓敏電阻器都程度不同的存在由于材料和結構的原因，各種壓敏電阻器都程度不同的存在著一定的分布電容，這種分布電容稱為壓敏電阻器的固有電著一定的分布電容，這種分布電容稱為壓敏電阻器的固有電容。容。v它

14、的數(shù)值是在正常環(huán)境條件下（溫度它的數(shù)值是在正常環(huán)境條件下（溫度1535oC,相對濕度相對濕度4080%，大氣壓，大氣壓650800mmHg）,用電容測試儀直接讀出，用電容測試儀直接讀出，在各種不同的作用場合，對元件固有電容有著不同的要求，在各種不同的作用場合，對元件固有電容有著不同的要求，如固有電容大的壓敏電阻器不宜于在高頻電路中作用，但用如固有電容大的壓敏電阻器不宜于在高頻電路中作用，但用于過電壓保護則又是有利的。于過電壓保護則又是有利的。二、壓敏電阻器的主要類型v2.1 SiC壓敏電阻器壓敏電阻器 SiC壓敏電阻器俗稱壓敏電阻器俗稱SiC變阻器，是最早出現(xiàn)的非線性變阻器，是最早出現(xiàn)的非線性

15、元件，雖然其非線性系數(shù)較小，元件，雖然其非線性系數(shù)較小， 但具有工藝簡單、成本低、固有電容小和耐浪涌能力但具有工藝簡單、成本低、固有電容小和耐浪涌能力強等優(yōu)點強等優(yōu)點 目前仍是過壓保護，穩(wěn)壓、調幅、非線性補償和消除目前仍是過壓保護，穩(wěn)壓、調幅、非線性補償和消除電感回路接點火花等不可缺少的壓敏電阻器。電感回路接點火花等不可缺少的壓敏電阻器。2.1.1 結構和工作原理vSiC壓敏電阻器主要是由壓敏電阻器主要是由SiC晶體所構成，晶體所構成，v主要原料主要原料: 石英砂和焦碳石英砂和焦碳v滲入少量的添加物，在氧化氣氛中，從滲入少量的添加物，在氧化氣氛中，從23002600的溫度冶煉而成的的溫度冶煉而

16、成的v高溫合成的高溫合成的SiC晶體經破碎，除鐵、清洗等一晶體經破碎，除鐵、清洗等一系列工序獲得粉狀的原料系列工序獲得粉狀的原料.v制得原料后，然后按一定的比例加入粘土，制得原料后，然后按一定的比例加入粘土，長石等粘合劑，對于低壓電阻還要加入少量長石等粘合劑，對于低壓電阻還要加入少量的石墨粉，隨之按陶瓷工藝制成基體，再在的石墨粉，隨之按陶瓷工藝制成基體，再在10001300的溫度下進行燒結，最后在表的溫度下進行燒結，最后在表面燒制電極，裝配成變阻器，如圖面燒制電極，裝配成變阻器，如圖43所示所示 圖圖43 SiC壓敏電阻器結構示意圖壓敏電阻器結構示意圖v對于小功率的對于小功率的SiC壓敏電阻器

17、可做面圓片狀，壓敏電阻器可做面圓片狀，棒狀和墊圈狀，而大功率的棒狀和墊圈狀，而大功率的SiC壓敏電阻器壓敏電阻器可做成圓盤串并組合而成，為了提高額定可做成圓盤串并組合而成，為了提高額定功率，還可以裝散熱器等。功率，還可以裝散熱器等。v研究證明，在合成研究證明，在合成SiC時加入少量的鋁和硼，時加入少量的鋁和硼，可以提高非線性系數(shù)可以提高非線性系數(shù)a值值v因為在冶煉因為在冶煉SiC晶體時，氣氛中的氮取代晶體時，氣氛中的氮取代SiC晶體的晶體的C而形成施主能級使而形成施主能級使SiC晶體呈晶體呈n型特性型特性.v加入少量的加入少量的Al或或B等受主雜質，并隨著其含等受主雜質，并隨著其含量的增加，量

18、的增加， SiC晶體由晶體由n型向型向P型轉化，在轉型轉化，在轉變點上，電阻率最大，制成的壓敏電阻器變點上，電阻率最大，制成的壓敏電阻器的非線性系數(shù)也最大的非線性系數(shù)也最大.v實驗結果表明，在實驗結果表明，在SiC晶體中，晶體中， Al的的含量在含量在0.010.05wt%或或B的含量在的含量在0.0030.06wt%范圍內，通過適當?shù)姆秶鷥龋ㄟ^適當?shù)恼{整，均可使調整，均可使a值達到值達到8左右左右2.1.2 主要特性參數(shù)v一般一般SiC壓敏電阻器單個元件的電壓范壓敏電阻器單個元件的電壓范圍較寬，可以圍較寬，可以1到數(shù)千伏，到數(shù)千伏，a值較小，只值較小，只在在23之間，片狀的耐浪涌能力為之間

19、，片狀的耐浪涌能力為45焦焦耳厘米耳厘米2，容許耐浪涌電壓為，容許耐浪涌電壓為 200伏伏/毫毫米，容許耐浪涌電流為米，容許耐浪涌電流為2安厘米安厘米2。2.1.2 主要特性參數(shù)vSiC壓敏電阻器可在壓敏電阻器可在100溫度下連續(xù)工溫度下連續(xù)工作，短時間可在作，短時間可在150下工作，電壓溫度下工作，電壓溫度系數(shù)為系數(shù)為-0.10.3/ ，電流溫度系數(shù)，電流溫度系數(shù)為為+0.6+0.8% 。2.2 硅壓敏電阻器v2.2.1 結構結構 硅壓敏電阻器是用單晶硅經雜質擴散、化硅壓敏電阻器是用單晶硅經雜質擴散、化學鍍鎳，芯片分割和焊接組裝等工藝而成的學鍍鎳，芯片分割和焊接組裝等工藝而成的結型器件。實際

20、上，硅壓敏電阻器是利用在結型器件。實際上，硅壓敏電阻器是利用在單晶硅中形成的單晶硅中形成的pn結的非線性特性所制成的結的非線性特性所制成的特殊穩(wěn)壓二極管。特殊穩(wěn)壓二極管。 2.2 硅壓敏電阻器 硅壓敏電阻器與普通硅二極管不同的地方，硅壓敏電阻器與普通硅二極管不同的地方，就是通流能力大，同時通過管芯的串并聯(lián)組就是通流能力大，同時通過管芯的串并聯(lián)組合以擴大使用電壓和獲得對稱的伏安特性。合以擴大使用電壓和獲得對稱的伏安特性。 v壓敏電阻器的伏安特性有對稱型（壓敏電阻器的伏安特性有對稱型（D）和非）和非對稱型（對稱型（F）兩種。兩管芯作反向串聯(lián)或反向）兩種。兩管芯作反向串聯(lián)或反向并聯(lián)都可取得對稱的伏安

21、特性，反向串聯(lián)是并聯(lián)都可取得對稱的伏安特性，反向串聯(lián)是利用其反向特性，而反向并聯(lián)則是利用其正利用其反向特性，而反向并聯(lián)則是利用其正向特性。向特性。2.2.2 主要特點主要特點v硅壓敏電阻器的主要特點硅壓敏電阻器的主要特點: 體積小體積小 工作電壓低，約為工作電壓低，約為0.55V和它的整數(shù)倍，這是目前其和它的整數(shù)倍，這是目前其他類型的壓敏電阻器無法做到的他類型的壓敏電阻器無法做到的 電壓非線性指數(shù)為電壓非線性指數(shù)為20左右左右 電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù)30mV / 耐浪涌能力有幾十安培，因此它廣泛地應用在低壓耐浪涌能力有幾十安培，因此它廣泛地應用在低壓和晶體管電路中。和晶體管電路中。2.3 膜

22、式壓敏電阻器膜式壓敏電阻器 膜式壓敏電阻器，用懸浮液沉淀法，氣相淀膜式壓敏電阻器，用懸浮液沉淀法，氣相淀積法，真空蒸發(fā)法和絲網印刷等方法制成積法，真空蒸發(fā)法和絲網印刷等方法制成v懸浮液沉淀法：是將已制備了電極的基片放懸浮液沉淀法：是將已制備了電極的基片放入含有硫化鋁或氧化亞錫顆粒并且有快速揮入含有硫化鋁或氧化亞錫顆粒并且有快速揮發(fā)的懸浮液中，待溶液揮發(fā)顆粒沉淀在基片發(fā)的懸浮液中，待溶液揮發(fā)顆粒沉淀在基片上后，再放入含有固化劑的環(huán)氧樹脂溶液，上后，再放入含有固化劑的環(huán)氧樹脂溶液，等樹脂固化后再敷設上另一電極。等樹脂固化后再敷設上另一電極。v汽相沉積法：是先在基片上形成金屬汽相沉積法：是先在基片上

23、形成金屬層，并使其氧化，再在金屬氧化膜上層，并使其氧化，再在金屬氧化膜上氣相沉積一層半絕緣的硫化鋁，最后氣相沉積一層半絕緣的硫化鋁，最后制備電極。制備電極。v真空蒸發(fā)法：是通過多次蒸發(fā)和氧化真空蒸發(fā)法：是通過多次蒸發(fā)和氧化而形成多層薄膜結構，如鋁氧化鋁而形成多層薄膜結構，如鋁氧化鋁錳氧化錳鉛的五層結構，根據(jù)錳氧化錳鉛的五層結構，根據(jù)使用要求，可制成具有正反對稱的伏使用要求，可制成具有正反對稱的伏安特性。安特性。v絲網印刷法：是用具有半導性質的粉料絲網印刷法：是用具有半導性質的粉料（ZnOBi2O3等混合物）與玻璃粉，粘結劑等混合物）與玻璃粉，粘結劑等混合后用絲網印刷技術均勻地涂在絕緣基等混合后

24、用絲網印刷技術均勻地涂在絕緣基片上燒成，用這種方法制成的壓敏電阻器也片上燒成，用這種方法制成的壓敏電阻器也稱作厚膜壓敏電阻器。其額定功率為稱作厚膜壓敏電阻器。其額定功率為510mwmm2，電壓范圍，電壓范圍510000V，a 約約340。2.4單顆粒層壓敏電阻器v單顆粒層壓敏電阻器是將碳化硅、硅等半單顆粒層壓敏電阻器是將碳化硅、硅等半導體顆粒單層排列在一個平面上，顆粒之導體顆粒單層排列在一個平面上，顆粒之間用絕緣層連結，兩顆粒的上下兩面都凸間用絕緣層連結，兩顆粒的上下兩面都凸出于絕緣層之外，并與電極相接觸，它的出于絕緣層之外，并與電極相接觸，它的非線性特性是由顆粒和金屬電極之間所形非線性特性是

25、由顆粒和金屬電極之間所形成的肖特基勢壘形成的，具有較好的非線成的肖特基勢壘形成的，具有較好的非線性和重復性。性和重復性。2.5 金屬氧化物壓敏電阻器v金屬氧化物壓敏電阻器，是近期迅速發(fā)展的新金屬氧化物壓敏電阻器，是近期迅速發(fā)展的新型敏感元件，如以型敏感元件，如以ZnO、Fe2O3、TiO2 、 SnO2、BaTiO3、SrTiO3等為基而制成的結型等為基而制成的結型和體型壓敏器件。品種很多，用途廣泛。下面和體型壓敏器件。品種很多，用途廣泛。下面就以七十年代以來發(fā)展最快，應用最廣的就以七十年代以來發(fā)展最快，應用最廣的 ZnO壓敏電阻器為典型，進行詳細的討論。壓敏電阻器為典型，進行詳細的討論。三、

26、 ZnO壓敏電阻器v 氧化鋅壓敏電阻器是以氧化鋅壓敏電阻器是以ZnO為主體材料，為主體材料，再加入適量的摻雜物（如再加入適量的摻雜物（如Bi2O3、CoO、MnO2等），采用陶瓷工藝制備而成等），采用陶瓷工藝制備而成.三、 ZnO壓敏電阻器v 氧化鋅壓敏電阻器具有對稱和非對稱的伏氧化鋅壓敏電阻器具有對稱和非對稱的伏安特性，電壓非線性指數(shù)大，耐浪涌能力強，安特性，電壓非線性指數(shù)大，耐浪涌能力強，電壓范圍寬，溫度特性好，響應速度快，工電壓范圍寬，溫度特性好，響應速度快，工藝簡便，成本低廉，具有極為廣闊的應用前藝簡便，成本低廉，具有極為廣闊的應用前景，特別是在高壓和特高壓電路的穩(wěn)壓和過景，特別是在高

27、壓和特高壓電路的穩(wěn)壓和過壓保護方面更顯示其無以比擬的特性壓保護方面更顯示其無以比擬的特性3.1 ZnO壓敏電阻器的型號命名vZnO壓敏電阻器的型號命名壓敏電阻器的型號命名第一部分：主稱以第一部分：主稱以M表示；表示；第二部分：類別以第二部分：類別以Y表示；表示；第三部分：用途和特征，以拼音字母表示；第三部分：用途和特征，以拼音字母表示；第四部分：序號用數(shù)字表示。第四部分：序號用數(shù)字表示。ZnO壓敏電阻器在命名中使用的各種字母及其所壓敏電阻器在命名中使用的各種字母及其所代表的意義如表（代表的意義如表（4-4）所示。）所示。ZnO壓敏電阻器的型號命名方法主稱主稱 類別類別用途或表征用途或表征全稱全

28、稱符號符號意義意義符號符號意義意義符號符號意義意義M敏感敏感元件元件Y壓敏壓敏電阻電阻器器WGPNKLHZBC穩(wěn)壓用穩(wěn)壓用高壓保護高壓保護高頻高頻高能高能高可靠性高可靠性防雷用防雷用滅弧用滅弧用消噪用消噪用補償用補償用消磁用消磁用穩(wěn)壓壓敏電阻器穩(wěn)壓壓敏電阻器高壓保護壓敏電阻高壓保護壓敏電阻高頻壓敏電阻器高頻壓敏電阻器高能壓敏電阻器高能壓敏電阻器高可靠性壓敏電阻高可靠性壓敏電阻防雷壓敏電阻器防雷壓敏電阻器滅弧壓敏電阻器滅弧壓敏電阻器消噪壓敏電阻器消噪壓敏電阻器補償壓敏電阻器補償壓敏電阻器消磁壓敏電阻器消磁壓敏電阻器 Y W I穩(wěn)壓型壓敏電阻器命名示例穩(wěn)壓型壓敏電阻器命名示例3.2 ZnO壓敏電阻

29、器的結構類型1、結型、結型 結型氧化鋅壓敏電阻器伏安特性的非線性是依靠氧化結型氧化鋅壓敏電阻器伏安特性的非線性是依靠氧化鋅電阻體與金屬電極接觸勢壘的整流特性形成的，它鋅電阻體與金屬電極接觸勢壘的整流特性形成的，它可分為兩種：可分為兩種： 當以一電極與電阻體形成接觸勢壘，而另一個電極則當以一電極與電阻體形成接觸勢壘，而另一個電極則形成歐姆接觸，它的伏安特性是不對稱的，利用其正形成歐姆接觸，它的伏安特性是不對稱的，利用其正向特性工作，一般壓敏電壓小于向特性工作，一般壓敏電壓小于1伏，電壓非線性指伏，電壓非線性指數(shù)為數(shù)為1220，電壓溫度系數(shù)為，電壓溫度系數(shù)為0.3% 。 v當二個電極與阻體都形成接

30、觸勢壘，它的伏安當二個電極與阻體都形成接觸勢壘，它的伏安特性是對稱的，相當于一個整流結的正向特性特性是對稱的，相當于一個整流結的正向特性和另一個整流結的反向特性的迭加。由于整流和另一個整流結的反向特性的迭加。由于整流結的反向特性可以通過氧化鋅電阻體的摻雜，結的反向特性可以通過氧化鋅電阻體的摻雜，電極成分以及燒銀工藝來改變，因此可以在一電極成分以及燒銀工藝來改變，因此可以在一定范圍內調節(jié)這種電阻器的工作電壓，一般定范圍內調節(jié)這種電阻器的工作電壓，一般V1ma6V，a15， aV約等于約等于0.2%/ 。2、體型v體型氧化鋅壓敏電阻器的兩個電極與電阻體型氧化鋅壓敏電阻器的兩個電極與電阻率都是歐姆接

31、觸的，伏安特性的非線性是率都是歐姆接觸的，伏安特性的非線性是由電阻體內大量由電阻體內大量ZnO半導體晶粒界層形成。半導體晶粒界層形成。這種體型壓敏電阻器，可以通過對電阻體這種體型壓敏電阻器，可以通過對電阻體成分、工藝、結構的控制和設計，達到取成分、工藝、結構的控制和設計，達到取得所需的性能要求得所需的性能要求v目前已組裝到目前已組裝到 1200KV， a110，而浪涌能，而浪涌能力為力為 300-3000A/cm2， aV 在在- 0.05 %/ 以以下的壓敏電阻器。圖下的壓敏電阻器。圖4-8是體型氧化鋅壓敏電是體型氧化鋅壓敏電阻器的結構示意圖阻器的結構示意圖圖圖 48 ZnO壓敏電阻器結構壓

32、敏電阻器結構3.3 ZnO陶瓷半導體的組成和工藝vZnO陶瓷半導體在制造過程中的一個特點就陶瓷半導體在制造過程中的一個特點就是配方組成及工藝條件對其性能并不十分敏是配方組成及工藝條件對其性能并不十分敏感，例如，添加的金屬氧化物可以有多種，感，例如，添加的金屬氧化物可以有多種，其含量為其含量為 110mol時，燒結溫度在時，燒結溫度在1350，只要相互配合適當，還是可能燒制成只要相互配合適當，還是可能燒制成a值較高，值較高，其它性能也較好的產品來。其它性能也較好的產品來。v但由于對但由于對ZnO陶瓷半導體的微觀結構和導陶瓷半導體的微觀結構和導電機理的認識，加上各種因素的影響，要電機理的認識，加上

33、各種因素的影響，要求制品的所有性能都達到理想的高水平也求制品的所有性能都達到理想的高水平也是十分不容易的，還是需要通過不斷的試是十分不容易的，還是需要通過不斷的試驗實踐來確定配方和工藝驗實踐來確定配方和工藝. v下面討論配方組成及工藝對性能的影響。下面討論配方組成及工藝對性能的影響。3.3.1 組分及其作用vZnO壓敏電阻器的性能主要取決于阻體材料，壓敏電阻器的性能主要取決于阻體材料，自一九六八年日本松下電器公司發(fā)表多元氧化自一九六八年日本松下電器公司發(fā)表多元氧化鋅以來，人們對材料開展了大量的研究工作，鋅以來，人們對材料開展了大量的研究工作，取得有實用性材料配方幾百個，已被使用就有取得有實用性

34、材料配方幾百個，已被使用就有包括過渡金屬和稀土金屬在內的數(shù)十種元素，包括過渡金屬和稀土金屬在內的數(shù)十種元素，這都為設計、制造和改進壓敏電阻器提供了方這都為設計、制造和改進壓敏電阻器提供了方便。便。v目前我國使用最多的是以目前我國使用最多的是以ZnO為基的多元為基的多元摻雜的配方，其典型組成為：摻雜的配方，其典型組成為：232323223x(100)ZnO+(Bi O +Sb OCo O +MnO +Cr O )5x x改變，同一工藝條件制得的產品的性能就有所不同。改變，同一工藝條件制得的產品的性能就有所不同。下表給出了產品下表給出了產品a、C值隨值隨x變化的情況變化的情況 x3時，時，a值最高

35、，下面就此配方為例，分述各組成值最高，下面就此配方為例，分述各組成的作用。的作用。添加物含量添加物含量x(mol%) 非線性系數(shù)非線性系數(shù)a 非線性電阻非線性電阻C(v/mm)0.10.31.03.06.010.015.01430504842370.0014080150180225310v(1) ZnO是基本成分，在瓷體中主晶相是含有是基本成分，在瓷體中主晶相是含有Zn填隙和少量填隙和少量Co或或Mn替位的替位的n型半導體，它型半導體，它構成電阻體的主體，并且提供導電電子的來構成電阻體的主體，并且提供導電電子的來源源v( 2 ) B i2O3在在 Z n O 陶 瓷 半 導 體 中 形 成陶

36、瓷 半 導 體 中 形 成Bi2Zn4/3Sb2/3O6的焦綠石以及一系列富鉍相的焦綠石以及一系列富鉍相（如溶有（如溶有Zn和和Sb的的12Bi2O3Cr2O3,13 Bi2O3Cr2O3, 14 Bi2O3Cr2O3及及-Bi2O3,-Bi2O3等），在燒結的相變過程中部分等），在燒結的相變過程中部分Bi被被 吸附到吸附到ZnO晶粒邊界以內形成厚度約為晶粒邊界以內形成厚度約為20的的富富Bi層，產生晶面電荷而形成耗盡層和界面層，產生晶面電荷而形成耗盡層和界面勢壘，因此勢壘，因此Bi2O3的添加對產生非線性有重要的添加對產生非線性有重要的作用，事實上多元的作用，事實上多元ZnO陶瓷半導體絕大部

37、陶瓷半導體絕大部分是含鉍的，因分是含鉍的，因Bi2O3在高溫燒結時會形成液在高溫燒結時會形成液相，有降低燒結溫度以及防止二次粒長的作相，有降低燒結溫度以及防止二次粒長的作用，但用，但Bi2O3在高溫燒結時也容易揮發(fā)，可在在高溫燒結時也容易揮發(fā)，可在配方時適當增加其含量。配方時適當增加其含量。（3）MnO2在在 ZnO及尖晶石相和焦綠石相及尖晶石相和焦綠石相中易于形成中易于形成 Mn2替位離子。實驗表明，替位離子。實驗表明，添加添加MnO2對非線性有強烈的影響，如圖對非線性有強烈的影響，如圖49所示。所示。 v 因為因為MnO2在晶粒邊界處形成界面態(tài)或電子在晶粒邊界處形成界面態(tài)或電子餡阱，使肖特

38、基勢壘高度增加，伏安特性曲線餡阱，使肖特基勢壘高度增加，伏安特性曲線變陡，從圖可見，當變陡，從圖可見，當 MnO2含量在含量在 0.1mol%以以下時，下時， MnO2含量對非線性的影響是很顯著的，含量對非線性的影響是很顯著的，但超過但超過0.1mol%以后，影響就不那么顯著了，以后，影響就不那么顯著了，而達到而達到0.5mol以后，界面態(tài)密度已達到飽和以后，界面態(tài)密度已達到飽和值，非線性的變化不大，因此繼續(xù)增加值，非線性的變化不大，因此繼續(xù)增加MnO2含量意義就不大了。含量意義就不大了。v(4)Co2O3: 在添加稀土金屬氧化物的在添加稀土金屬氧化物的ZnO陶瓷陶瓷半導體中如沒有半導體中如沒

39、有Co2O3則電阻率可降低為為則電阻率可降低為為15 cm，并且其阻值不隨電壓而變化，而，并且其阻值不隨電壓而變化，而當添加點當添加點Co2O3后，則電阻率可增至后，則電阻率可增至103109 cm，且，且 a值可達值可達 3040，由此推測，由此推測，其中的其中的 Co3離子在離子在 ZnO禁帶中產生深能級，禁帶中產生深能級，有助于在有助于在ZnO晶面形成界面態(tài)，增強非線性，晶面形成界面態(tài)，增強非線性，其作用機理與其作用機理與Mn2+相似。相似。v(5）Sb2O3、 Cr2O3 。 Sb2O3是形成是形成 Zn (Zn4/3Sb2/3 ) O6尖晶石相的關鍵成分，由于尖晶石相的關鍵成分，由于

40、尖晶相有抑制晶粒長大的作用，故添加尖晶相有抑制晶粒長大的作用，故添加Sb2O3后后ZnO晶粒小，晶粒小，C值高。添加值高。添加Cr2O3也也有抑制晶長的作用，但效果沒有有抑制晶長的作用，但效果沒有Sb2O3那么那么顯著。顯著。 相反，如果用相反，如果用TiO2代替代替Sb2O3則可以促進晶則可以促進晶粒的成長，從而得到粒的成長，從而得到C值較低的產品。值較低的產品。v 應該指出，上面的分析還是不很成熟的，應該指出，上面的分析還是不很成熟的，特別是幾種添加物同時引入時，會互相產特別是幾種添加物同時引入時，會互相產生影響，不能簡單對待，在實際工作中，生影響，不能簡單對待，在實際工作中，必須綜合考慮

41、各種影響因素并結合實驗數(shù)必須綜合考慮各種影響因素并結合實驗數(shù)據(jù)，選擇和調整配方成分才能取得應有的據(jù)，選擇和調整配方成分才能取得應有的效果。效果。3.3.2 器件制造v(1) 工藝過程工藝過程v壓敏電阻器工藝過程與一般電子陶瓷元件相似，如壓敏電阻器工藝過程與一般電子陶瓷元件相似，如圖圖410所示，首先將各種氧化物按要求純度和配所示，首先將各種氧化物按要求純度和配比稱量，放入有橡膠襯底的料斗或磨瓶，以料：球比稱量，放入有橡膠襯底的料斗或磨瓶，以料：球（瑪瑙）：水約為（瑪瑙）：水約為1：1：1的比例振磨或溫磨，經的比例振磨或溫磨，經充分細化混合，混合粉料在空氧中預燒，溫度約充分細化混合，混合粉料在空

42、氧中預燒，溫度約750800保溫保溫2小時，預燒后粉料再經混磨、烘小時，預燒后粉料再經混磨、烘干、過篩、造粒后，壓制成所需尺寸瓷坯。干、過篩、造粒后，壓制成所需尺寸瓷坯。v燒結在空氣中進行，燒成制度視不同產品燒結在空氣中進行，燒成制度視不同產品而定，一般為而定，一般為1200，保溫，保溫2小時后隨爐冷小時后隨爐冷卻至室溫，瓷片燒成后，在上下兩面被燒卻至室溫，瓷片燒成后，在上下兩面被燒銀電極，經測量分選，即可焊引線或組裝，銀電極，經測量分選，即可焊引線或組裝，然后包封，打標志、包裝入庫。然后包封，打標志、包裝入庫。（1）工藝要點）工藝要點 燒成溫度燒成溫度 上面已提到，上面已提到，ZnO陶瓷半導

43、體一般是在陶瓷半導體一般是在12001350間于空氣中燒成，如何根據(jù)產品間于空氣中燒成，如何根據(jù)產品的性能要求，選擇最佳的燒成溫度，主要是靠的性能要求，選擇最佳的燒成溫度，主要是靠反復的試驗實踐來確定反復的試驗實踐來確定.圖圖4-10 是五元配方的是五元配方的ZnO電阻體的燒成溫度與電阻體的燒成溫度與C和和a的關系?？梢姡年P系?？梢?，隨燒成溫度的提高，隨燒成溫度的提高， ZnO晶粒增大，晶界減少，晶粒增大，晶界減少，C值下降。據(jù)報導，值下降。據(jù)報導，a值的峰值關系與不同溫度值的峰值關系與不同溫度下富下富Bi相的轉變有關。相的轉變有關。ac圖圖4-11五元配方的五元配方的ZnO電阻體的燒成溫度

44、與電阻體的燒成溫度與C和和a的關系的關系 在在1350以下，隨著溫度的升高，富以下，隨著溫度的升高，富Bi相相逐漸由逐漸由14Bi2O3Cr2O3的四方相轉變成的四方相轉變成-Bi2O3四方相和四方相和-Bi2O3立方相，立方相，a值逐漸增值逐漸增大，而當燒成溫度超過大，而當燒成溫度超過1350時，由于富時，由于富Bi相的消失，相的消失， a值急劇下降，實用時，如希望值急劇下降，實用時，如希望a值大值大C值小，可選取值小，可選取13001350較高的較高的燒溫，如果要求提高燒溫，如果要求提高C值，值，a值又可以低些，值又可以低些，則可選則可選12001300為燒結溫度。為燒結溫度。3.3.2

45、器件制造v工藝過程工藝過程 壓敏電阻器工藝過程與一般電子陶瓷元件相壓敏電阻器工藝過程與一般電子陶瓷元件相似。似。 工藝要點：燒成溫度：如希望工藝要點：燒成溫度：如希望a值大值大C值值小，可選取小，可選取13001350較高的燒溫，如果較高的燒溫，如果要求提高要求提高C值，值，a值又可以低些，則可選值又可以低些，則可選12001300為燒結溫度。為燒結溫度。ac圖圖4-11五元配方的五元配方的ZnO電阻體的燒成溫度與電阻體的燒成溫度與C和和a的關系的關系 ?；幚韛為了改善為了改善ZnO瓷體的壓敏性能，在制備過程中，瓷體的壓敏性能，在制備過程中，往往把燒成后的瓷體再在往往把燒成后的瓷體再在800

46、1000的溫度的溫度下進行?；幚?。即在下進行?；幚?。即在ZnO瓷體表面上涂復上瓷體表面上涂復上Bi2O3或或Bi2O3和和MnO的混合物，然后有的混合物，然后有8001000 下進行熱處理，使涂覆的氧化物沿下進行熱處理，使涂覆的氧化物沿ZnO瓷體的氣孔和晶界擴散到體內，進一步瓷體的氣孔和晶界擴散到體內，進一步 提高邊界層的特性，經過這樣?；幚淼奶岣哌吔鐚拥奶匦?，經過這樣?；幚淼腪nO瓷體，不僅可以改變工作電壓，而且使瓷體，不僅可以改變工作電壓，而且使電阻器在一定溫度，濕度和負載條件下的穩(wěn)電阻器在一定溫度，濕度和負載條件下的穩(wěn)定性得到了顯著的提高，即使是呈線性特性定性得到了顯著的提高，即

47、使是呈線性特性的的ZnO瓷體，進行玻化處理后，也可以轉變瓷體，進行?；幚砗螅部梢赞D變成具有良好非線性的壓敏半導體。成具有良好非線性的壓敏半導體。電極 ZnO壓敏電阻器的電極一般是用銀、鋁、銅等制成的，為了降低壓敏電阻器的電極一般是用銀、鋁、銅等制成的，為了降低成本，除有的改為噴鋁或銅代替燒銀電極外，最近還出現(xiàn)一種更成本，除有的改為噴鋁或銅代替燒銀電極外，最近還出現(xiàn)一種更加廉價的組裝工藝。它是將燒結好的電阻基體放在濃度為加廉價的組裝工藝。它是將燒結好的電阻基體放在濃度為 10 35的鹽酸中，以除去基片表面金屬氧化物中的氧離子，使其表的鹽酸中，以除去基片表面金屬氧化物中的氧離子，使其表面上留有

48、面上留有 Zn、Bi等純金屬混合物，可能發(fā)的化學反應如下：等純金屬混合物，可能發(fā)的化學反應如下： ZnO 2HCI ZnCl2 ZnCl2 Zn十十Cl2 Bi2O3 6HCI 2BiCl3+3H2O ZBiCl3 2Bi 3Cl2 v這些反應使得基片表面形成一層很薄的這些反應使得基片表面形成一層很薄的Zn和和Bi金屬層，然后用鋁一錫一鉍焊料直接焊在金屬層，然后用鋁一錫一鉍焊料直接焊在基片上，或者直接借助焊料將二個散熱片粘基片上，或者直接借助焊料將二個散熱片粘附在基片二側。附在基片二側。引線 壓敏電阻器用于浪涌保護時，引線（和壓敏電阻器用于浪涌保護時，引線（和連接線）應盡量選擇短些，因為引線（

49、和連連接線）應盡量選擇短些，因為引線（和連接線）越長，寄生電感便越大，當浪涌電流接線）越長，寄生電感便越大，當浪涌電流通過寄生電感時將產生越大的附加電壓。通過寄生電感時將產生越大的附加電壓。v3.4 ZnO陶瓷半導體的顯微結構陶瓷半導體的顯微結構 ZnO陶瓷半導體的顯微結構主要是指其陶瓷半導體的顯微結構主要是指其相組成和相分布，從上述的討論可知，相組成和相分布，從上述的討論可知， ZnO陶瓷半導體是一種由陶瓷半導體是一種由ZnO和其它金屬氧化物和其它金屬氧化物添劑所形成的多相結構體，隨著添加物含量添劑所形成的多相結構體，隨著添加物含量及燒成溫度的不同，這種多相組成會有較大及燒成溫度的不同，這種

50、多相組成會有較大的差異，下面就以五元配方在的差異，下面就以五元配方在 1350 溫度溫度下燒結形成的相組成和分布為例進行討論：下燒結形成的相組成和分布為例進行討論： 3.4.1相組成相組成 關于關于ZnO陶瓷半導體的多相結構，一般認為陶瓷半導體的多相結構，一般認為是由下面四種相所組成的：是由下面四種相所組成的：（1）n型型ZnO主晶相主晶相： 溶解有少量溶解有少量Co的的ZnO相，具有纖鋅礦型，相，具有纖鋅礦型，晶格常數(shù)晶格常數(shù) a3.24 ， C5.19，c/a=1.60，ZnO晶相構成瓷體的主晶相，且由于晶相構成瓷體的主晶相，且由于Zn的填隙的填隙或或Co的溶入取代，使它具有的溶入取代，使

51、它具有n型導電的特性型導電的特性。 據(jù)報導，施主電離能對在據(jù)報導，施主電離能對在Zn填隙時為填隙時為0.05eV，而在摻而在摻Co時為時為0.036eV,所得的電阻率約為所得的電阻率約為0.22cm。 實驗證明，這一相在任何燒結溫度下都存在，實驗證明，這一相在任何燒結溫度下都存在，但是約在但是約在 900時，由于部分時，由于部分ZnO轉變成其它相轉變成其它相而顯著減少，且若當其它添加物的含量達到而顯著減少，且若當其它添加物的含量達到30以上時，則以上時，則 ZnO相就消失了。相就消失了。（2）摻雜的立方焦綠石相：摻雜的立方焦綠石相： 溶解有溶解有Co、Mn和和Cr的的 Bi2（Zn3/4Sb2

52、/3）O6的立方焦綠石相，的立方焦綠石相，其晶格常數(shù)其晶格常數(shù)a10.45。這一相處于晶粒邊界，對瓷體的壓敏特。這一相處于晶粒邊界，對瓷體的壓敏特性不起直接作用，但在高溫與性不起直接作用，但在高溫與ZnO作用生成富作用生成富Bi相。相。 立方焦綠相在立方焦綠相在700900的溫度下形成，在約的溫度下形成，在約850時達到時達到最大值，并于約最大值，并于約950消失，但是在緩慢冷卻過程中，若無消失，但是在緩慢冷卻過程中，若無Cr存在，尖晶石相又會與存在，尖晶石相又會與Bi2O3作用重新生成焦綠石相。作用重新生成焦綠石相。 過渡相，溫度升高就消失。在燒結過程中阻礙過渡相，溫度升高就消失。在燒結過程

53、中阻礙ZnO主晶相的生主晶相的生長，間接影響長，間接影響a。（3）摻雜立方尖晶石相摻雜立方尖晶石相 溶解有溶解有Co、Mn和和Cr的的Zn(Zn3/4Sb2/3) O4的立方尖晶石相，的立方尖晶石相，其晶格常數(shù)其晶格常數(shù)a8.32。這一相呈微粒狀，同樣處于晶界處，對。這一相呈微粒狀，同樣處于晶界處，對ZnO瓷體的壓敏特性不起直接作用，但燒結時由于它的存在會瓷體的壓敏特性不起直接作用，但燒結時由于它的存在會阻礙阻礙ZnO晶粒邊界的移動而抑制晶粒長大。晶粒邊界的移動而抑制晶粒長大。 立方尖晶石相在立方尖晶石相在850開始形成并隨燒成溫度的上升而逐開始形成并隨燒成溫度的上升而逐漸增加，因為溫度上升時

54、，焦綠石相按下式轉變?yōu)榧饩啵簼u增加，因為溫度上升時，焦綠石相按下式轉變?yōu)榧饩啵?Bi2(Zn3/4Sb2/3)O6+ZnO Zn(Zn3/4Sb2/3) O4+ Bi2O3 上式表明，焦綠石相中的上式表明，焦綠石相中的Bi2O3全部為全部為ZnO所取所取代，而尖晶石相與焦綠石相的濃度比隨溫度的升高代，而尖晶石相與焦綠石相的濃度比隨溫度的升高而增加，當高溫淬火時，形成的尖晶石相會被保留而增加，當高溫淬火時，形成的尖晶石相會被保留下來，另外，若尖晶石相中溶有下來，另外，若尖晶石相中溶有Cr,而因為而因為Cr有穩(wěn)定有穩(wěn)定尖晶石的作用，使它在冷卻過程中不與尖晶石的作用，使它在冷卻過程中不與Bi

55、2O3作用生作用生成焦綠石相，故即使緩慢冷卻，尖晶石相也能存在。成焦綠石相，故即使緩慢冷卻，尖晶石相也能存在。 在燒結過程中阻礙在燒結過程中阻礙ZnO主晶相的生長，主要影響主晶相的生長，主要影響C，間接影響間接影響a。（4）富 Bi相 富富Bi相含有相含有 D相和相和 B相，其中相，其中 D相是在相是在Bi2O3-ZnO-Sb2O3 系統(tǒng)中形成的系統(tǒng)中形成的-Bi2O3四角相，其晶格四角相，其晶格常數(shù)常數(shù)a=10.93，C=5.62。 B相是在相是在Bi2O3-ZnO-Sb2O3系統(tǒng)中形成的系統(tǒng)中形成的-Bi2O3立方相，其晶格立方相，其晶格常數(shù)常數(shù)a5.48。 由于富由于富Bi相溶有大量的相

56、溶有大量的 ZnO和少量的和少量的Sb2O3,有利于液相燒結成瓷；有利于液相燒結成瓷；又由于富又由于富Bi相溶有少量的相溶有少量的Co和和Mn而存在晶界內，故有產生高而存在晶界內，故有產生高a值的作用。值的作用。 燒 結 過 程 中 ， 富燒 結 過 程 中 ， 富 B i 相 約 在相 約 在 7 5 0 時時 形 成形 成 13Bi2O3Cr2O3并逐漸參與形成焦綠石相，至并逐漸參與形成焦綠石相，至850繼續(xù)繼續(xù)升溫，升溫，Bi2O3又從焦綠石相中分離出來，生成含又從焦綠石相中分離出來，生成含有有Cr的富的富Bi液相，隨著溫度的升高，約至液相，隨著溫度的升高，約至1250 。液相中的液相中

57、的Cr全部移入尖晶石相。全部移入尖晶石相。 -Bi2O3相就是這種相就是這種無無Cr富富Bi液相在冷卻過程中形成的。液相在冷卻過程中形成的。 3.4.2相分布 ZnO陶瓷半導體的相分布問題，不同研究者有著不同的陶瓷半導體的相分布問題，不同研究者有著不同的看法，歸納起來，前后大致可分如下面兩種觀點?？捶ǎ瑲w納起來，前后大致可分如下面兩種觀點。 （1）晶界相的連續(xù)分布圖象）晶界相的連續(xù)分布圖象 這一觀點認為，這一觀點認為，ZnO晶粒構成陶瓷半導體的主晶相，而富晶粒構成陶瓷半導體的主晶相，而富Bi相則形成連續(xù)的三維網絡，完全包裹相則形成連續(xù)的三維網絡，完全包裹ZnO晶粒，尖晶石相晶粒，尖晶石相和焦綠

58、石相相繼地分布在富和焦綠石相相繼地分布在富Bi相中，這樣，富相中，這樣，富Bi相、尖晶石相、尖晶石相和焦綠石相一起構成一連續(xù)的晶界相和焦綠石相一起構成一連續(xù)的晶界 層，其厚度約在層，其厚度約在2002000之間，這從富之間，這從富Bi液相完全潤濕了液相完全潤濕了ZnO晶粒，從而促進燒結的角度看，這種連續(xù)分布圖象符合上晶粒，從而促進燒結的角度看，這種連續(xù)分布圖象符合上述各相組成的作用，但隨著新的顯微技術和分析手段的發(fā)展與述各相組成的作用，但隨著新的顯微技術和分析手段的發(fā)展與應用，這種分布圖象已不斷為實驗結果所否認。應用，這種分布圖象已不斷為實驗結果所否認。（2）晶界相的非連續(xù)分布圖象）晶界相的非

59、連續(xù)分布圖象 通過俄歇電子頻譜分析和高分辨力電子顯微鏡的觀測，大通過俄歇電子頻譜分析和高分辨力電子顯微鏡的觀測，大多數(shù)多數(shù)ZnO晶粒并沒有晶界相存在。上述各相組成主要分布在晶粒并沒有晶界相存在。上述各相組成主要分布在34個晶粒的交角處，并沒有完全包裹個晶粒的交角處，并沒有完全包裹ZnO晶粒。晶粒。 多數(shù)晶粒是自相接觸，它們僅被晶粒邊界所分隔，觀多數(shù)晶粒是自相接觸，它們僅被晶粒邊界所分隔，觀測到的這種晶粒邊界的寬度在測到的這種晶粒邊界的寬度在 20左右，這樣窄的晶左右，這樣窄的晶界是不足以形成分離相的，它們只起了表面態(tài)的作用，界是不足以形成分離相的，它們只起了表面態(tài)的作用，由此就造成這樣的一種分

60、布圖象，晶界相主要分布在由此就造成這樣的一種分布圖象，晶界相主要分布在34個晶粒的交接處，因此是不連續(xù)的；富個晶粒的交接處，因此是不連續(xù)的；富Bi層處于層處于大多數(shù)大多數(shù)ZnO晶粒之間，對非線性特性起著重要的作用。晶粒之間，對非線性特性起著重要的作用。3.5 ZnO壓敏電阻器的性能特點1具有優(yōu)良的非線性特性具有優(yōu)良的非線性特性 ZnO壓敏壓敏電阻器伏安特性的非線性指數(shù)大，電阻器伏安特性的非線性指數(shù)大，a值可值可達到達到50以上。因此在標稱電壓以下的低壓范圍幾乎以上。因此在標稱電壓以下的低壓范圍幾乎沒有漏電流形成，其絕緣電阻可以高達沒有漏電流形成，其絕緣電阻可以高達1010以上，以上，在大電流范