氧化锌亚敏电阻.doc

ZnO压敏半导体特性研究 【一】实验目的 压敏电阻工作原理及常用性能参数指标了解压敏电阻综合参数测试仪的结构及使用方法。掌握基本的压敏技术测试。压敏半导体是对电压变化敏感的非线性半导体电阻材料。目前最具代表性的是ZnO压敏电阻，具有非线性系数高，响应快，流通容量大等一系列点，广泛应用于电子设备、电力系统等领域。主要作为半导体器件的过压保护。压敏半导体的电流－电压特性压敏电阻器的电流随外加电压的变化呈非线性。理想的I-V特性曲线如图1所示。实际压敏电阻特性曲线没有那么强的非线性，图2示出了ZnO压敏电阻器的I－V特性曲线。曲线可分成小电流区(Ⅰ)，中电流区(Ⅱ)和大电流区(Ⅲ)。电流在A以下是小电流区，称为预击穿区，该区的I－V特性呈现∝的关系。在击穿区以下更小的电流范围内，I－V特性是欧姆特性。在A至A区间是中电流区，称为击穿区，与预击穿区相比，曲线呈非常高的非线性。电流大于A的区域称为大电流区，由于晶粒上的压降要考虑在内，因而I－V特性出现回升趋势，非线性减弱。 图1 压敏电阻器的 I-V特性曲线 1－ZnO压敏电阻器； 2－SiC压敏电阻器； 3－线性电阻器 图2 ZnO压敏电阻器的I－V特性 2．非线性系数： 由可表示压敏电阻的非线性I～V特性。 式中为非线性系数，值是衡量非线性强弱的重要参数；C为材料常数。 对式(1)取对数并微分得 (2) 从该式可知，在双对数坐标的I－V特性曲线中是击穿区（近于直线）曲线的斜率。值可通过实验方法求得，可分别测出两电流值、，并令，分别记录与、对应的电压值、，把它们之间的关系写成： 整理后得 由的几何意义来看，的值越大，该曲线越陡，非线性越强。必须指出，在很宽的电流范围内，不是常数，在小电流和大电流端均有所下降，在击穿区值最大，压敏电阻器的电阻值对电压的变化是十分敏感的，值可达60以上。 不同的压敏电阻器达到最大值时的电压不同，一般来讲，在一定的几何形状下，电流在1mA附近时，ZnO压敏电阻器的可达到最大值，往往取1mA电流所对应的电压作为I随V陡峭上升的电压大小的标志，把此电压()称为压敏电压。漏电流 压敏电阻器的线路、设备及仪器正常工作时，所流过压敏电阻器的电流称为漏电流。它是描写预击穿区域I－V特性的参数。对于ZnO压敏电阻器来讲，预击穿区在1mA以下的I－V特性曲线部分，漏电流的大小与电压、温度都有关系，电压、温度升高都会使漏电流加大，使用压敏电阻器时必须考虑这两个因素对漏电流的影响。 要使压敏电阻器可靠地工作，漏电流应尽可能小。漏电流的大小一方面与材料的组成和制造工艺有关，另一方面与选用的压敏电压有关。选取压敏电压的主要依据是工作电压。压敏电压与工作电压的关系可用下面经验公式表示： (5) 或 (6) 式中：为电压脉动系数，可取；为产品长期存放后允许下降的极限值，取；为产生误差下限，取；为直流工作电压；为交流工作电压（有效值）。 将各系数代入上式可得： (7) (8) 或 (9) (10) 式(7)、(8)是根据工作电压选择压敏电阻的压敏电压的参考。式(9)、(10)是已知压敏电阻器的压敏电压，确定它的工作电压的参考电压。压敏电阻器的工作电压若选的合适，则漏电流小，工作安全可靠。一般漏电流可以控制在到之间。漏电流高于的产品，工作可靠性较差。压敏电阻的蜕变和流通量 压敏电阻器经过长期交、直流负荷或高浪涌电流负荷的冲击后I-V特性变坏，使预击穿区的I-V特性曲线向高电流方向移动，因而漏电流上升，压敏电压下降，把这种现象称为压敏电阻器的蜕变。蜕变发生在线性区和预击穿区，对击穿电压以上的特性无影响。 另外，温度对I-V特性很大影响，在﹥0.8时，最高工作温度为200～250℃。 ，分析比较温度对ZnO薄膜压敏电阻性能的影响 【四】实验仪器和装置 PSH6006可编程直流电源、台式多功能表、恒温炉、压敏电阻综合测试仪、 【五】注意事项 仔细阅读各实验仪器的使用说明、操作规则及注意事项； 使用可编程直流电源测试前，应先将电压手动调节至零，以免损坏待测元件； 漏电流测量要根据所测I～V曲线选择合适测量档温度对ZnO压敏半导体的I～V特性有很大影响，因此测