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低压ZnO压敏电阻的特性与晶界的结构状态有密切关系,关于压敏电阻的显微结构,人们也以Bi系ZnO压敏电阻为基础,建立了不同的模型进行研究,如微电阻模型,即将压敏电阻等效为包含在多晶材料中的分立的晶界,还有运用薄膜技术制造的单结等来模拟ZnO
压敏陶瓷的显微结构材料中主要的相是半导化的ZnO晶粒,许多ZnO晶粒直接接触,晶粒间没有其它相,形成了双ZnO-ZnO晶界(同质结)。由于Bi等大尺寸离子在晶界偏析,改变了晶界的结构,电流通过这些晶界,这些晶界称为电活性晶界,电活性晶界是决定压敏电阻性质的关键。在三个晶粒的交界处,有时在两个晶粒(可能有特殊取向)之间,存在粒间相,粒间相在导电过程中大多是电学非活性的。该相主要包括各种添加物形成的化合物。陶瓷材料中的所有成分都可以溶解在粒间相中,在烧结过程中,晶粒交界处可能形成尖晶石晶体,但是它们不参与导电过程。氧化物的改性添加可以改变晶粒电导或晶界的结构及化学状态,尤其是偏析于晶
界的杂质对晶界活性有很大的影响,因而适当的掺杂选择对形成和改善非线性起着很重要的作用,而且晶界势垒是ZnO压敏陶瓷烧结时在高温冷却过程中形成的,烧结工艺直接影响杂质缺陷在晶界中的分布,从而影响晶界化学结构。另外,低压ZnO压敏电阻的晶粒尺寸要足够大,单位厚度的晶界数少,因此低压压敏电阻对显微结构的波动尤其敏感,工艺对低压压敏电阻压敏特性的作用也不可忽视。
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压敏电阻的物理特性:
ZnO 压敏电阻的非线性是一种晶粒边界现象,即在相 邻晶粒耗尽层中存在多数电荷载流子(电子)的势垒。认 为肖特基势垒最像 ZnO 微结构中晶粒边界势垒。晶粒边界 上的负表面电荷(电子捕获)是由晶界面两侧晶粒的耗尽 层的正电荷来补偿的。热电子发射和隧道效应是主要的传 输机制。 最近发展的压敏电阻势垒的晶粒边界缺陷模型在改进 稳电压应力下,压敏电阻的稳定性上取得了很大进展。
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