压敏基础知识剖析.ppt

XXXXXXXX有限公司 压敏防雷芯片基础知识 第一部分：基础知识 基础知识—压敏电阻的微观结构 基础知识—压敏芯片的基本特性 基础知识—常用电性能参数 ZnO压敏电阻的微观形貌 压敏芯片的微观结构 ZnO内部结构模型 压敏芯片的微观结构模型 非线性机理模型 压敏效应产生的基本原理 图10(a)两个晶粒不结合时，ZnO晶粒是n型半导体，其费米能级EFG高于非n型的晶界的费米能级EFB。ZnO晶粒中存在一定浓度的自由电子，晶界层与ZnO晶粒交界的界面上则有大量的表面态。 当两个ZnO晶粒和晶界按实际晶界结构结合时，由于两侧晶粒的费米能级高，使得ZnO晶粒表面的自由电子流入界面能级，被界面中的受主表面态俘获，导致能带结构变成图b。流入界面能级被受主表面态俘获的电子变成带负电的界面电荷，它被在晶界附近正离子化的施主电荷平衡。而ZnO晶粒表面失去自由电子后将由电中性变成带正电；晶粒内部的自由电子因热运动输出到表面，然后重复上一过程，直至EFB=EFG，此过程使宽度为L的晶粒表层的自由电子耗尽，形成一个从晶粒表面渗入晶粒体内一定深度的电子势垒，这种带正电荷的区域称为空间电荷层，也称为自由电子耗尽层。它构成了ZnO非线性电阻的高阻层。由于它的影响，导致能带发生弯曲，形成了图10(b)所示的势垒结构。 压敏效应产生的基本原理 ZnO晶粒本身的电阻率为0.001～0.1Ω?m，而晶界高阻层的电阻率在108Ω?m以上，所以在施加的电压较小时，几乎全部由晶界层承担。低电场区：≤1μA?cm-2中电场区： 1μA?cm-2～102A?cm-2高电场区：≥ 102A?cm-2 现在随着配方、工艺的进步，可以在103A?cm-2数量级上仍保持较好的非线性。4kA?cm-2 压敏芯片的微观结构 压敏芯片的基本特性 压敏芯片的基本特性 拐点对应晶界击穿，电流达到mA/cm2量级 常用电性能参数 压敏电压U1mA ：将1mA的直流电流通入样品，其交流成分不大于1%，在40mS~400mS内读取的样品两端电压值。 将1mA的直流电流持续流经试品，U1mA 不允许下降，一定幅度的上升是性能良好的表现，对于降低工频负载下的荷电率、提高老化寿命有较明显的益处。 漏电流IL：测试电压为（0.75±0.01）U1mA，加上电压后0.2S~2S内读取样品中的电流，漏电流不应随测试时间的增加而持续升高，持续降低是良好的表现。它表征了低电场区晶粒-晶界高阻层的绝缘场强。由三个电场划分可知，在1μA/cm2 以下是属于低电场安全区，阀片漏流标准可以参照此确定。UL必威体育精装版标准：0.88U1mA下小于200。 常用电性能参数 电容性漏流Ic和电阻性漏流Ir:Ir的基波相位与电压u同相，Ic相位超前电压u 90°，全电流基波相位取决于Ir与Ic分量的大小，可以采用补偿容性电流的方法直接测量泄漏全电流及阻性电流的大小。交流系统主要Ic /dianlijishu/201011/13-167814.html 非线性系数α：其定义是： I= K ? Uα或J=K ? Eα 常用计算公式：α= 1/lg(U1mA/U0.1mA) 它表征了流过压敏片的电流在0.1～1mA区间段内电压的变化。对34×34mm的防雷阀片而言，与它对应的特性曲线区间段为0.01mA ?cm-2～0.1mA?cm-2。它不能衡量阀片在大电流区的表现。 由于击穿机理的不同，小电流区的α系数与大电流区的α系数完全没有对应关系。通常测量的都是小电流区的α系数，没有实用意义。 常用电性能参数 标称放电电流In： MOV能够承受规定次数和规定峰值的8/20 μS冲击电流。8/20 μS波形如图1规定。 最大放电电流 Imax：MOV的动作负载试验电流，除非另有规定，电流波形为8/20 μS，Imax大于In。 宽波冲击电流I2mS： 规定波形的等效方波宽度 ≥100 μS的冲击电流。除非另有规定，则为2 mS方波。2 mS方波波形如图2规定。是为了测试最大的能量吸收能力而采用的较长时间的脉冲电流。 常用电性能参数 常用电性能参数 8/20μS脉冲电流波与2mS方波标准波形 残压 Ur：单只MOV 产品流过8/20 μS冲击电流时，它两端的电压峰值。 In下的限制电压Un：某批MOV 产品在标称放电电流In下的最高残压值。 工作电压UDC或UAC：在规定温度下，允许连续施加在压敏芯片上的最大直流电压UDC或最大交流电压的有效值UAC 。在规定的工作电压时，导通电流较小可忽略不计。 常用电性能参数 限制电压测量注意事项 在SPD的限制电压测试中，避免放电电流对测试系统特别是对分压器的干扰，对于保证测试结果的正确性是非常重要的。判别这种干扰是否严重的一个简单方法，是用一只合格的MOV代替试