【摘要】：ZnO壓敏電阻因其獨特的I-V特性在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應用。對高梯度大通流壓敏電阻的探究十分迫切。本文通過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D-134含量低于最適含量時,總漿料粘度顯著降低。此時D-134沒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D-134含量超過最適含量,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,因為氫氧根離子部分替代RCOO-離子吸附在在氧化物顆粒程度加強,其他自由分散劑進入液相,此時總漿料只遵循靜電穩(wěn)定機制。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。這是因為Cr2O3生成的尖晶石含量降低,晶粒長大。C1配方為基礎配方,但存在漏流高,壓比差的問題。在C1配方的基礎上,略微降低Cr2O3含量,電學性能得以改善。當Cr2O3含量為0.2mol%或0mol%,電學性能最佳。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,這是因為Sb2O3生成的尖晶石含量增多,晶粒生長受到阻礙,使得晶粒與晶界層分布均勻,晶界勢壘上升。當Sb2O3含量為1.0mol%時,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含量降低對電阻片的影響遠大于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,無法起到抑制晶粒生長作用,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,可用于接下來探索不同燒結(jié)溫度與非線性電阻性能的關系。5.在E2基礎上制備了不同燒結(jié)溫度的壓敏電阻。研究結(jié)果表明,隨著燒結(jié)溫度降低,低熔點玻璃相物質(zhì)揮發(fā)減少,導致針孔率下降。隨著溫度繼續(xù)降低,不利于晶粒生長與燒結(jié)致密化,針孔率上升。當燒結(jié)溫度為1155℃時,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方波通過率為100%,可用于高梯度大通流電阻片進一步研究。
【學位授予單位】：上海大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM54;TQ132.41
【圖文】：

士學位論文、背對背勢壘高度、能量吸收與浪涌耐受能力、在長期運行條零偏壓下的雙肖特基勢壘高度還取決于發(fā)生在橫跨晶界處晶粒這歸因于每個晶粒中的缺陷濃度[7,10,11]。晶界勢壘導致在非線漸變小。主要的固有缺陷濃度，在每個 ZnO 晶粒中出現(xiàn)不對稱的費米。 這種不對稱的費米能級引發(fā)跨越晶界的勢壘高度的改變。[23]也可能不被排除。無論測量工具的準確性和置信度如何，這測量勢壘高度時出現(xiàn)輕微差異。這是因為勢壘的一側(cè)的能帶邊。因此，勢壘高度的測量極化或極性依賴于歸因于跨晶界的不盡管如此，給定偏壓下的對稱勢壘可由 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 計算得到。一般來說，電壓值取 1mA 與 0.1mA 下可以看出，典型的 I-V 曲線(E-J 曲線)描述了三個不同的區(qū)域：性區(qū)、(c)翻轉(zhuǎn)區(qū)。因為熱激電流導電機制影響，外加電壓下，，電阻很高；由于隧道電流導電機制影響，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)域作為單獨區(qū)域重點描述[1,2]。如極性相反時，曲線十分對稱。研究表明，性能優(yōu)異的 ZnO 壓敏具有兩個可區(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壘的示意圖。因為耗盡層使得能帶彎曲，被捕獲的電子在晶界中充當負電荷，晶界兩側(cè)晶粒表層充滿帶正電荷的施主能級。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，整個晶界區(qū)域的勢壘發(fā)生變化構(gòu)成了雙肖特基勢壘（DSB）。耗盡層的肖特基勢壘高度和寬度可以通過基于晶界電荷密度和晶粒中載流子濃度的泊松方程來計算。如果非線性電阻的微觀結(jié)構(gòu)良好，勢壘高度在 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]。這些陷阱被認作是在交流小信號電壓下電場在耗盡區(qū)下降。捕獲截面的變化確實表明對于每個捕獲截面的陷阱密度的類型是頻率相關的[11]。圖 1-3 晶界處的雙肖特基勢壘：零偏壓或沒有偏壓；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】

相關期刊論文 前5條

1 付紀文,宋媛玲,雷霽霞,劉曉林,陳建峰;納米鈦酸鋇粉體的分散及水基懸浮體制備[J];過程工程學報;2005年05期

2 王玉平,李盛濤;新型ZnO壓敏電阻片的研究進展[J];電氣應用;2005年06期

3 劉來寶,譚克鋒,張捷;聚丙烯酸鈉陶瓷料漿分散劑的研制及分散機理探討[J];硅酸鹽通報;2005年02期

4 陳青恒,何金良,談克雄,曾嶸;提高氧化鋅非線性電阻片通流容量的研究[J];電瓷避雷器;2003年05期

5 張叢春,周東祥,龔樹萍;Sb_2O_3摻雜對ZnO壓敏陶瓷晶界特性和電性能的影響[J];硅酸鹽學報;2001年06期

相關會議論文 前1條

1 廖列文;肖林飛;岳航勃;;納米氧化釔制備過程中聚丙烯酸系分散劑的影響[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第5分冊）[C];2010年

相關博士學位論文 前1條

1 禹爭光;氧化鋅壓敏電阻電輸運特性及大通流器件設計研究[D];電子科技大學;2005年

相關碩士學位論文 前2條

1 陳奕創(chuàng);高電位梯度ZnO壓敏陶瓷材料的制備[D];華南理工大學;2013年

2 章會良;ZnO壓敏電阻器大電流性能的研究[D];西安電子科技大學;2007年

本文編號：2797494