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ZnO陶瓷具有的非线性电压-电流现象***早是在二十世纪六十年代由苏联人M.S.Kossman和E.G.Pettsold发现。在氧化锌压敏陶瓷中其主要成分是ZnO,根据要求不同而加入不同的改性氧化物。1967年7月,日本松下电器公司的无线电实验室的松冈道雄在研究金属电极—氧化锌陶瓷界面时,无意中发现氧化锌(ZnO)加氧化铋(Bi2O3)复合陶瓷具有非线性的的伏安特性。这种复合陶瓷的非线性系数可以达到50左右,伏安特性类似两只反并联的齐纳二极管,通流能力不亚于碳化硅(SiC) 材料,临界击穿电压可以通过改变元件尺寸方便的加以调节,而且这种性能优异的压敏元件通过简单的陶瓷工艺就能制造出来,其性能价格比极高。1975年以前,ZnO
基压敏陶瓷的瞬态过压保护器的应用主要在高压方面,近20年来,随着电子计算机、家用电器、通讯技术等方面的发展,对保证这些系统正常运行的低压变阻器的需求量在不断增加。这些产品要求有较低的标称电压,陡峭的非线性I-V特性及较大的通流量。目前,日本、美国在制造低压压敏电阻方面处于上层地位,如美国GE公司、日本的松下公司,他们制造的产品标称电压可降低到几伏,非线性系数α值可达到30~40,耐通流量也很大。我国这种产品的研制与生产还比较落后,标称电压低于20V的产品只有个别厂家可以生产,且性能不够稳定,还不能大批量生产,而国内对这种低压产品的需求量却与日俱增。
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ZnO是六方晶系纤锌矿结构,其化学键处于离子键与共价键的中间键型状态,氧离子以六方密堆,锌离子占据一半的四面体空隙,锌和氧都是四面体配位。ZnO是相对开放的晶体结构,开放的结构对缺陷的性质及扩散机制有影响,所有的八面体间隙和一半的四面体间隙是空的,正负离子的配位数均为4,所以容易引入外部杂质,ZnO熔点为2248,密度为5.6g/cm3,纯净的ZnO晶体,其能带由02-的满的2p电子能级和Zn2+的空的4s能级组成,禁带宽度为3.2~3.4eV,因此,室温下,满足化学计量比的纯净ZnO应是绝缘体,而ZnO中***常见的缺陷是金属填隙原子,所以它是金属过剩(Zn1+xO)非化学计量比n型半导体。
Eda等认为,在本征缺陷中,填隙锌原子扩散***快,对压敏电阻稳定性有很大影响。
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