壓敏電阻電特性測(cè)試研究

壓敏電阻電特性測(cè)試研究：：本文通過(guò)測(cè)試普通電阻與壓敏電阻的伏安特性曲線，并將其進(jìn)行對(duì)比，從而顯示出 壓敏電阻的電阻值隨電壓呈非線性變化的特性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)該特性的物理機(jī)理進(jìn)行了討論，并簡(jiǎn)單介紹了壓敏電阻的應(yīng)用與發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：壓敏電阻，過(guò)電壓保護(hù)，非線性，ZnO，晶粒邊界缺陷模型
一． 引言
壓敏電阻相應(yīng)的英文名稱叫“Voltage Depen—dentResistor'’，簡(jiǎn)稱為“VDR”。在IEC關(guān)于壓敏電阻器的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)壓敏電阻器所下的定義是：壓敏電阻器是在一定溫度下，其電導(dǎo)值隨施加電壓的增加而急劇增大的元件。壓敏電阻器的電阻材料是半導(dǎo)體，所以它是半導(dǎo)體電阻器的一個(gè)品種?，F(xiàn)在，大量使用的氧化鋅壓敏電阻器，它的主體材料由二價(jià)元素鋅和六價(jià)元素氧所構(gòu)成。所以從材料的角度來(lái)看，氧化鋅壓敏電阻器是一種．“Ⅱ一Ⅵ族氧化物半導(dǎo)體”。從氧化鋅壓敏電阻器伏安特性來(lái)看，在正常工作電壓下，它的電阻值很高，幾乎是兆歐級(jí)、漏電流是微安級(jí)；而隨著電壓加大，阻值急劇下降。在浪涌電壓沖擊時(shí)，阻值幾十歐姆，甚至1—2歐姆，可見(jiàn)阻值隨電壓的變化而變化。
二．實(shí)驗(yàn)的物理基礎(chǔ)
材料的導(dǎo)電性往往受多種因素的影響，本實(shí)驗(yàn)涉及到材料中載流子在電場(chǎng)力的作用下是否遵循歐姆定理。大多數(shù)材料的導(dǎo)電特性在通常條件下遵循歐姆定理，即經(jīng)由該材料做成的電阻的電流與加在兩端的電壓成正比，這種情況下我們說(shuō)材料具有線性電阻特性。而有些陶瓷材料，當(dāng)加在由這樣的材料制成的電阻上的電壓到一定程度后，流經(jīng)電阻的電流隨加在電阻兩端的電壓不再成正比，而呈現(xiàn)出急劇上升的非線性關(guān)系，也就是說(shuō)不服從歐姆定理，這樣的材料就是電壓敏感材料，通常稱為壓敏電阻材料。
1．壓敏電阻的結(jié)構(gòu) 壓敏電阻的電路符號(hào)、外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。它是以陶瓷工藝加工而成，圖1(a)為電路符號(hào)；圖1(b)為外形，圖1(c)是以氧化鋅(zn0)為核心材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，其中包括氧化鋅晶粒和晶粒周圍的品界面。
氧化鋅品粒的電阻串較低；而品界面的電阻串較高，相接觸的兩個(gè)晶粒之間形成一個(gè)相當(dāng)于齊納二極管的勢(shì)壘，成為一個(gè)壓敏電阻單元，各單元經(jīng)串、并聯(lián)組成的壓敏電阻器基體。當(dāng)壓敏電阻工作時(shí)，每個(gè)單元都承擔(dān)能量，而不像齊納二極管僅在結(jié)區(qū)承擔(dān)電功率，因此陶瓷壓敏電阻比齊納二極管的最大允許電流和額定功率耗散值大得多。

氧化鋅品粒的電阻串較低；而品界面的電阻串較高，相接觸的兩個(gè)晶粒之間形成一個(gè)相當(dāng)于齊納二極管的勢(shì)壘，成為一個(gè)壓敏電阻單元，各單元經(jīng)串、并聯(lián)組成的壓敏電阻器基體。當(dāng)壓敏電阻工作時(shí)，每個(gè)單元都承擔(dān)能量，而不像齊納二極管僅在結(jié)區(qū)承擔(dān)電功率，因此陶瓷壓敏電阻比齊納二極管的最大允許電流和額定功率耗散值大得多。
2．壓敏電阻的特性 當(dāng)壓敏電阻兩端所加電壓在標(biāo)稱電壓內(nèi)時(shí)，其阻值幾乎為無(wú)窮大，處于高阻狀態(tài)，其漏電流《50uA，當(dāng)它兩端電壓超過(guò)額定電壓時(shí)，其阻值急劇下降，壓敏電阻導(dǎo)通，工作電流增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)，反應(yīng)時(shí)間為毫微秒級(jí)。
壓敏電阻的伏安特性如圖2所示。它與兩只特性一致的背靠背連接的穩(wěn)壓管性能基本相同。