高压ZnO压敏电阻器的配方研究

摘要

ZnO压敏电阻器由于其高非线性和浪涌吸收能力，而被广泛地应用于电力系统、通信设备和家用电器中。ZnO压敏电阻器是在ZnO基质中掺杂多种添加剂的半导体元器件，添加剂在控制压敏电阻的微观形貌以及调节电性能等方面有着重要的作用。本论文以制备高电性能的ZnO压敏元器件为研究方向，系统地研究了SnO2和Sb2O3添加剂的掺杂量对 ZnO压敏电阻器微观结构和电性能的影响，探索了新的高压压敏电阻器的配方体系。
　　本论文首先采用高温固相法制备了不同SnO2掺杂量的ZnO压敏电阻器。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分别对元件的物相成分、微观形貌和元素成分进行了分析，通过测试压敏电压梯度、非线性系数、漏电流和通流水平等参数分析了添加剂的掺杂量对元件电性能的影响。结果表明：随着SnO2含量的增加，样品的压敏电压梯度和非线性系数都表现出先增加后减小的变化趋势，在掺杂量为0.97wt％时取得了最佳电性能参数，其压敏电压梯度为332 V/mm，非线性系数为38，压敏电压有最小变化率14.3％，通流值为1865。添加剂SnO2的加入使元件的内部形成了具有“钉扎”效应的尖晶石相和焦绿石相，阻碍了晶粒生长，从而使得压敏电压梯度升高。另外，SnO2的添加对界面电荷密度有着显著影响，可以对肖特基势垒的高度起到有效的调控作用，从而影响压敏元件的电性能参数。
　　采用高温固相法制备了不同Sb2O3掺杂量的ZnO压敏电阻器。结果表明：随着Sb2O3含量的增加，压敏电压梯度呈现单调增加的变化关系，而非线性系数呈现出先增加后减小的变化关系。其中，压敏电压梯度在含量为1.64wt％时取得最小值316.7V/mm，非线性系数在含量为1.68wt％时取得最大值36，通流值在1.72wt％时达到最高值，综合分析选取Sb2O3含量为1.68wt％为最佳掺杂比。Sb2O3与SnO2的作用机理类似，Sb2O3的加入影响了界面电荷密度，从而有效调节了肖特基势垒的高度，优化了元件电性能参数。
　　采用溶胶-凝胶法制备了 ZnO压敏电阻器，对比研究了制备工艺对压敏元件电性能的影响。发现由于溶胶-凝胶法制备的元件微观形貌更加均匀，晶粒粒度更小，使得此方法制备的压敏电阻器电性能参数均有明显的提高。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

目录

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 国内外研究进展

1.3 本论文的主要研究内容及目的

第二章 ZnO压敏电阻器的基本理论

2.1 ZnO压敏陶瓷的基本组成

2.2 ZnO压敏电阻的电性能参数

2.3 添加剂的作用

2.4 ZnO压敏电阻器的导电机制

2.5 ZnO压敏电阻器的蜕变机理

2.6 ZnO压敏电阻器的制备工艺

第三章 ZnO压敏电阻器的制备与测试

3.1 实验药品与实验设备

3.2 新的高电压梯度ZnO压敏电阻器配方体系的研究

3.3 ZnO压敏电阻器的制备工艺

3.4 元件的测试

3.4 微观形貌的测试

3.5 能谱分析

第四章 添加剂的掺杂对ZnO压敏电阻器电性能的影响

4.1 SnO2的掺杂对ZnO压敏元件性能的影响

4.2 掺杂Sb2O3对ZnO压敏电阻器性能的影响

4.3制备工艺对ZnO压敏电阻器的影响

4.4 小结

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 后期展望

参考文献

致谢

作者简介