氧化锌压敏电阻老化机理再探索.doc

氧化锌压敏电阻老化机理再探索 张俊峰1 ，夏波1 ，孙丹峰2 摘要：本文在已有的压敏电阻老化机理的基础上，作了进一步的假设，提出另外两个老化因素。一个是在高电场下晶界的逆压电效应和电致伸缩效应的不可逆部分，另一个是大电流冲击下晶界温度骤升骤降引起的热冲击。 关健词：老化机理 电致伸缩 应变 不可逆 晶界热冲击 滞后效应 1 引言 氧化锌压敏电阻器由松下公司发明并于1968年量产化以来，关于其在连续工作电压下和脉冲冲击下的老化特性及老化机理作了很多的研究[1~3,7]。目前被普遍认可的是晶界离子迁移说（填隙锌离子、氧空位、铋离子等），晶界离子迁移导致晶界势垒畸变降低，压敏电压降低，漏电流变大，非线性降低。① 连续直流电压和单极性脉冲电流作用时，晶界离子迁移引起正偏肖特基势垒降低比反偏肖特基势垒降低多， 与施加电场方向相反变化大，正向变化小，不对称变化明显；② 连续交流电压作用时，两个方向的肖特基势垒降低程度相当，不对称变化不明显。 虽然现有的老化机理能够解释得比较充分，但它并不能解释全部现象。如压敏电压的变化并不总是负变化，在连续电压施加的过程中，压敏电压的变化趋势是先高后低；单极性脉冲电流施加时，施加幅值小、次数少的情况下，压敏电压两个方向都是正变化，施加幅值高、次数多的情况下，压敏电压才呈负变化等等。本文从实验出发，提出影响压敏电阻老化的补充假设，以图完善压敏电阻的老化机理。 2 实验 2.1 直流加电试验 10只规格为10D471的压敏电阻器，放入85℃±2℃恒温箱中，施加385V ± 2V 和直流工作电压，其中5只施加时间500，另外5只连续施加1000，最后放入室温恢复2。试验前后用CJ0001压敏电阻直流参数测试仪测量压敏电压V1mA，计算试验前后压敏电压的变化率。 取175只规格为14D561的压敏电阻器，用MYC-3型压敏电阻直流参数测试仪测量每一只的压敏电压、电压比和漏电流。用不同幅值的脉冲电流冲击不同的压敏电阻器一次，电流幅值264A~6654A，电流波形为8/20μS，冲击完成后恢复2后，用MYC-3型压敏电阻直流参数测试仪测量压敏电阻器两个方向的压敏电压、电压比和漏电流，计算正反向压敏电压V1mA变化率、V0.1mA变化率，漏电流变化。 D201、10D621、14D201、14D751、20D271、20D681和32D471压敏电阻披银瓷片，用MYC-3型压敏电阻直流参数测试仪先测量压敏电压、漏电流和电压比，放入马弗炉中恒温5min，立刻取出，一部分分散到冷铝板上急泠，另一部分堆到陶瓷板上缓冷，等冷却到室温后再测量压敏电压，计算变化率。 3 试验结果 3.1 直流加电试验后压敏电压的变化 直流加电试验的结果列表1。 从表1可以看出，经过直流加电后，压敏电压的变化表现为： 500h时正反两个方向压敏电压呈正变化率，正向变化率大； 1000h时正反两个方向压敏电压呈负变化率，反向变化率大； 变化后，正向压敏电压大于反向压敏电压。 表1 直流加电后10D471产品的压敏电压变化 No. 加电 时间 试验前 试验后压敏电压 压敏电压变化率 压敏电压 正向 反向 正向 反向 (s) V1mA（V） V1mA（V） V1mA（V） △V1mA △V1mA 1 500 473 480 474 1.43% 0.25% 2 475 481 477 1.32% 0.36% 3 468 475 470 1.55% 0.45% 4 470 479 473 1.81% 0.68% 5 471 476 472 0.96% 0.15% 6 1000 473 472 466 -0.25% -1.53% 7 474 470 465 -0.83% -1.89% 8 470 469 464 -0.22% -1.35% 9 469 468 462 -0.31% -1.46% 10 467 464 459 -0.54% -1.69% 3.2单极性脉冲电流冲击试验结果 3.2.1 单极性脉冲电流冲击后，压敏电压的变化随电流幅值的变化 从图1显见，单极性脉冲电流冲击后，压敏电压的变化表现为： 随着冲击电流峰值由小变大，压敏电压先增大再变小。正向压敏电压的最大值在4A左右，负向压敏电压的最大值 在3A左右 ② 变化后，正向压敏电压大于负向压敏电压 ③ 随着冲击电流峰值由小变大，正反向的电压差异发生变化。3A之前，正负向压敏电压的差异变化不大，约3A后，差异开始增大，5kA左右，差异达到最大值，5A之后差异开始减小 ④ 随着冲击电流峰值由小变大，压敏电压由正变化变为负变化。约4A后负向压敏电压从正变后转为负变化，约5.5A之后，正向压敏电压由正变