氧化鋅壓敏電阻器的原理及應(yīng)用

壓敏電阻是中國大陸的名詞，意思是在一定電流電壓范圍內(nèi)電阻值隨電壓而變，或者是說電阻值對電壓敏感的阻器。相應(yīng)的英文名稱叫“Voltage Dependent Resistor”簡寫為“VDR”。

　　壓敏電阻器的電阻體材料是半導(dǎo)體，所以它是半導(dǎo)體電阻器的一個(gè)品種。現(xiàn)在大量使用的氧化鋅(ZnO)壓敏電阻器，它的主體材料有二價(jià)元素(Zn)和六價(jià)元素氧(O)所構(gòu)成。所以從材料的角度來看，氧化鋅壓敏電阻器是一種“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導(dǎo)體”。

　　在中國臺灣，壓敏電阻器是按其用途來命名的，稱為突波吸收器。壓敏電阻器按其用途有時(shí)也稱為“電沖擊(浪涌)抑制器(吸收器)”。

　　一、氧化鋅壓敏電阻器微觀結(jié)構(gòu)及特性

　　氧化鋅壓敏電阻器是一種以氧化鋅為主體、添加多種金屬氧化物、經(jīng)典型的電子陶瓷工藝制成的多晶半導(dǎo)體陶瓷元件。它的微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。氧化鋅陶瓷是由氧化鋅晶粒及晶界物質(zhì)組成的，其中氧化鋅晶粒中摻有施主雜質(zhì)而呈N型半導(dǎo)體，晶界物質(zhì)中含有大量金屬氧化物形成大量界面態(tài)，這樣每一微觀單元是一個(gè)背靠背肖特基勢壘，整個(gè)陶瓷就是由許多背靠背肖特基墊壘串并聯(lián)的組合體。圖2是壓敏電阻器的等效電路。

　　氧化鋅壓敏電阻器的典型V-I特性曲線如圖3所示：

　　預(yù)擊穿區(qū)：在此區(qū)域內(nèi)，施加于壓敏電阻器兩端的電壓小于其壓敏電壓，其導(dǎo)電屬于熱激發(fā)電子電導(dǎo)機(jī)理。因此，壓敏電阻器相當(dāng)于一個(gè)10MΩ以上的絕緣電阻 (Rb遠(yuǎn)大于Rg)，這時(shí)通過壓敏電阻器的阻性電流僅為微安級，可看作為開路。該區(qū)域是電路正常運(yùn)行時(shí)壓敏電阻器所處的狀態(tài)。

　　擊穿區(qū)：壓敏電阻器兩端施加一大于壓敏電壓的過電壓時(shí)，其導(dǎo)電屬于隧道擊穿電子電導(dǎo)機(jī)理(Rb與Rg相當(dāng))，其伏安特性呈優(yōu)異的非線性電導(dǎo)特性，即：