高性能ZnO壓敏電阻的制備及性能研究.pdf

1、ZnO壓敏電阻是以ZnO為主要成分，添加多種氧化物，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的多晶半導(dǎo)體陶瓷。相比傳統(tǒng)的壓敏電阻，ZnO壓敏電阻具有壓敏電壓高，性能穩(wěn)定，成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于新型電子技術(shù)和電力系統(tǒng)中，起到過(guò)電壓保護(hù)和電壓穩(wěn)定保護(hù)等作用。隨著輸電線路電壓及輸電容量的提升，傳統(tǒng)的ZnO壓敏電阻不能滿足高壓化和高能化的要求，而新型氧化物的摻雜可以有效提高ZnO壓敏電阻的壓敏性能。
　　本文研究了燒結(jié)溫度及V2O5和稀土氧化物R2O3(La2

2、O3、Y2O3、Sc2O3)摻雜量對(duì)ZnO壓敏電阻壓敏性能的影響。并利用掃描電子顯微鏡和XRD，觀察和分析了ZnO壓敏電阻的微觀形貌和相組成，并分析討論了壓敏機(jī)理。
　　研究表明：V2O5和稀土氧化物R2O3的引入均可以提高ZnO壓敏電阻的壓敏性能。摻雜V2O5和Sc2O3的ZnO壓敏電阻在1000℃燒結(jié)，保溫2h條件下綜合性能最優(yōu)，而摻雜La2O3和Y2O3的ZnO壓敏電阻在1050℃燒結(jié)，保溫2h條件下綜合性能最好。
　

3、　隨著V2O5摻雜量的增加，ZnO壓敏電阻的相對(duì)密度，壓敏電壓和非線性系數(shù)都是先增大后減小，而漏電流是先降低再增大。當(dāng)V2O5摻雜量為0.6mol％時(shí)，壓敏性能最佳，相對(duì)密度ρ相對(duì)=96.29％；壓敏電壓V1mA=616V/mm；非線性系數(shù)α=43.6；漏電流ΙL=17.4μA。摻雜V2O5可以形成液相，并生成新的尖晶石相影響ZnO壓敏電阻的壓敏性能。
　　隨La2O3摻雜量的增加，ZnO壓敏電阻的相對(duì)密度和非線性系數(shù)呈現(xiàn)出先增大

4、后減小的趨勢(shì)，漏電流則先降低再升高，而壓敏電壓先升高后穩(wěn)定，當(dāng)摻雜0.6mol％La2O3時(shí)，壓敏性能最好，ρ相對(duì)=95.07％；V1mA=502V/mm；α=48；ΙL=12.5μA。摻雜La2O3會(huì)以原相La2O3形式存在，阻礙ZnO晶粒長(zhǎng)大，影響ZnO壓敏電阻的壓敏性能。
　　隨Y2O3摻雜量的增加，Y2O3摻雜的ZnO壓敏電阻的相對(duì)密度，壓敏電壓和非線性系數(shù)都是先增大后減小，而漏電流先降低后升高，摻雜0.6mol％Y2O3

5、時(shí)壓敏性能最佳，此時(shí)ρ相對(duì)=94.74%；V1mA=550V/mm；α=55；ΙL=9.8μA。摻雜適量的Y2O3會(huì)以含Y新相釘扎于晶界，抑制ZnO晶粒生長(zhǎng)，從而影響壓敏性能。
　　隨Sc2O3摻雜量的增加，SC2O3摻雜的ZnO壓敏電阻的壓敏電壓先升高后穩(wěn)定，相對(duì)密度先增大后減小，非線性系數(shù)呈單向增大，漏電流則一直減小。Sc2O3摻雜量為1.0mol％時(shí)壓敏性能最好，此時(shí)ρ相對(duì)=97.08％；V1mA=520V/mm;α=50；