【摘要】：ZnO壓敏電阻因其獨(dú)特的I-V特性在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)高梯度大通流壓敏電阻的探究十分迫切。本文通過(guò)改變分散劑含量與漿料p H值制備A、B系列ZnO壓敏電阻,研究漿料分散性與壓敏電阻性能的關(guān)系。改變添加劑金屬氧化物Cr2O3、Sb2O3摻雜量,制備C、D系列ZnO壓敏電阻,研究Cr2O3、Sb2O3的含量對(duì)ZnO壓敏電阻性能的影響。改變Cr2O3/SiO2的摻雜比例與燒結(jié)溫度,制備出高電位梯度大通流的非線性電阻。1.制備了不同分散劑含量、不同pH值的漿料與電阻片。研究結(jié)果表明,當(dāng)D-134含量低于最適含量時(shí),總漿料粘度顯著降低。此時(shí)D-134沒(méi)有飽和吸附于氧化物顆粒表面,這增加了氧化物表面間的吸附引力的可能性。當(dāng)D-134含量超過(guò)最適含量,總漿料粘度略微增加�？臻g斥力降低,橋接作用產(chǎn)生。隨著p H值增加,總漿料的粘度并未降低,因?yàn)闅溲醺x子部分替代RCOO-離子吸附在在氧化物顆粒程度加強(qiáng),其他自由分散劑進(jìn)入液相,此時(shí)總漿料只遵循靜電穩(wěn)定機(jī)制。微觀結(jié)構(gòu)的均勻分布是受良好分散的總漿料的直接影響,從而產(chǎn)生卓越的電氣性能。2.制備了不同Cr2O3含量的壓敏電阻。研究結(jié)果表明,隨著配方中Cr2O3含量降低,微觀結(jié)構(gòu)中的平均晶粒尺寸略微上升。這是因?yàn)镃r2O3生成的尖晶石含量降低,晶粒長(zhǎng)大。C1配方為基礎(chǔ)配方,但存在漏流高,壓比差的問(wèn)題。在C1配方的基礎(chǔ)上,略微降低Cr2O3含量,電學(xué)性能得以改善。當(dāng)Cr2O3含量為0.2mol%或0mol%,電學(xué)性能最佳。C4電位梯度300.24V/mm,漏流10μA,壓比1.682,非線性系數(shù)20.65。C5電位梯度285V/mm,漏流4.6μA,壓比1.671,非線性系數(shù)23.17。3.制備了不同Sb2O3含量的壓敏電阻。研究結(jié)果表明,隨著Sb2O3摻雜量升高,平均晶粒尺寸下降,這是因?yàn)镾b2O3生成的尖晶石含量增多,晶粒生長(zhǎng)受到阻礙,使得晶粒與晶界層分布均勻,晶界勢(shì)壘上升。當(dāng)Sb2O3含量為1.0mol%時(shí),綜合電氣性能最佳,D2電位梯度233V/mm,漏流4μA,壓比1.721,非線性系數(shù)24.51。4.制備了不同Cr2O3/SiO2摩爾比比的壓敏電阻。研究結(jié)果表明,隨著Cr2O3/SiO2比升高,Cr2O3含量升高,SiO2含量降低,但添加劑配方中SiO2在所有金屬氧化物中所占摩爾百分比大于Cr2O3所占摩爾百分比,所以SiO2含量降低對(duì)電阻片的影響遠(yuǎn)大于Cr2O3含量增加造成的影響。因此,Cr2O3/SiO2比升高,SiO2與ZnO生成的尖晶石含量減少,無(wú)法起到抑制晶粒生長(zhǎng)作用,平均晶粒尺寸變大。且隨著Cr2O3/SiO2比升高,針孔等缺陷減少。綜合電氣性能與老化性能,Cr2O3/SiO2比為0.59:2.13制備的E2的電學(xué)性能最佳。E2電位梯度327.9V/mm,漏流0μA,壓比1.62,非線性系數(shù)57.09,KCT0.97,可用于接下來(lái)探索不同燒結(jié)溫度與非線性電阻性能的關(guān)系。5.在E2基礎(chǔ)上制備了不同燒結(jié)溫度的壓敏電阻。研究結(jié)果表明,隨著燒結(jié)溫度降低,低熔點(diǎn)玻璃相物質(zhì)揮發(fā)減少,導(dǎo)致針孔率下降。隨著溫度繼續(xù)降低,不利于晶粒生長(zhǎng)與燒結(jié)致密化,針孔率上升。當(dāng)燒結(jié)溫度為1155℃時(shí),綜合電氣性能最佳,F3電位梯度329.9V/mm,漏流0μA,壓比1.66,非線性系數(shù)65.1,KCT0.93,250A 2ms方波通過(guò)率為100%,可用于高梯度大通流電阻片進(jìn)一步研究。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM54;TQ132.41
【圖文】：

士學(xué)位論文、背對(duì)背勢(shì)壘高度、能量吸收與浪涌耐受能力、在長(zhǎng)期運(yùn)行條零偏壓下的雙肖特基勢(shì)壘高度還取決于發(fā)生在橫跨晶界處晶粒這歸因于每個(gè)晶粒中的缺陷濃度[7,10,11]。晶界勢(shì)壘導(dǎo)致在非線漸變小。主要的固有缺陷濃度，在每個(gè) ZnO 晶粒中出現(xiàn)不對(duì)稱的費(fèi)米。 這種不對(duì)稱的費(fèi)米能級(jí)引發(fā)跨越晶界的勢(shì)壘高度的改變。[23]也可能不被排除。無(wú)論測(cè)量工具的準(zhǔn)確性和置信度如何，這測(cè)量勢(shì)壘高度時(shí)出現(xiàn)輕微差異。這是因?yàn)閯?shì)壘的一側(cè)的能帶邊。因此，勢(shì)壘高度的測(cè)量極化或極性依賴于歸因于跨晶界的不盡管如此，給定偏壓下的對(duì)稱勢(shì)壘可由 I-V 曲線反映出。

α =log 2log 1=ln 2ln 1(1-3)由公式 1-3 計(jì)算得到。公式 1-1 中 值可以用電流密度 J 和電I 和電壓 V 計(jì)算得到。一般來(lái)說(shuō)，電壓值取 1mA 與 0.1mA 下可以看出，典型的 I-V 曲線(E-J 曲線)描述了三個(gè)不同的區(qū)域：性區(qū)、(c)翻轉(zhuǎn)區(qū)。因?yàn)闊峒る娏鲗?dǎo)電機(jī)制影響，外加電壓下，，電阻很高；由于隧道電流導(dǎo)電機(jī)制影響，非線性區(qū)隨著外加流急劇上升；翻轉(zhuǎn)區(qū)中，非線性電阻中的晶界層導(dǎo)通，晶粒電敏電阻的 I-V 特性。是將 E-J 曲線中的非線性區(qū)域作為單獨(dú)區(qū)域重點(diǎn)描述[1,2]。如極性相反時(shí)，曲線十分對(duì)稱。研究表明，性能優(yōu)異的 ZnO 壓敏具有兩個(gè)可區(qū)分的區(qū)域。因此， I-V 特性表現(xiàn)出以電流密度 1四個(gè)不同的區(qū)域[7,10,11]。

可提高 ZnO 壓敏電阻性能，尤其是老化能力。圖1-3是零偏壓和其他兩種跨晶粒間偏壓方式的能帶圖表示晶界勢(shì)壘的示意圖。因?yàn)楹谋M層使得能帶彎曲，被捕獲的電子在晶界中充當(dāng)負(fù)電荷，晶界兩側(cè)晶粒表層充滿帶正電荷的施主能級(jí)。晶粒表層到內(nèi)部某一深度帶正電荷區(qū)域形成了耗盡區(qū)。受正電荷影響，整個(gè)晶界區(qū)域的勢(shì)壘發(fā)生變化構(gòu)成了雙肖特基勢(shì)壘（DSB）。耗盡層的肖特基勢(shì)壘高度和寬度可以通過(guò)基于晶界電荷密度和晶粒中載流子濃度的泊松方程來(lái)計(jì)算。如果非線性電阻的微觀結(jié)構(gòu)良好，勢(shì)壘高度在 0.5到 0.8eV 之間變化[15,16]。典型的捕獲橫截面在 10-21到 10-14cm2之間變化，表明壓敏電阻中的電子陷阱[11]。這些陷阱被認(rèn)作是在交流小信號(hào)電壓下電場(chǎng)在耗盡區(qū)下降。捕獲截面的變化確實(shí)表明對(duì)于每個(gè)捕獲截面的陷阱密度的類型是頻率相關(guān)的[11]。圖 1-3 晶界處的雙肖特基勢(shì)壘：零偏壓或沒(méi)有偏壓；b 有偏壓；c 有高偏壓，有隧道電流Fig.1-3 Double Schottky barrier at the grain boundary at: a zero bias or without bias, b withbias, and c high bi

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2797494