壓敏基礎(chǔ)知識

1、XXXXXXXX有限公司有限公司壓敏防雷芯片基礎(chǔ)知識第一部分：基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識壓敏電阻的微觀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識壓敏芯片的基本特性基礎(chǔ)知識常用電性能參數(shù)ZnO壓敏電阻的微觀形貌壓敏芯片的微觀結(jié)構(gòu)ZnO內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型壓敏芯片的微觀結(jié)構(gòu)模型非線性機理模型壓敏效應(yīng)產(chǎn)生的基本原理n圖10(a)兩個晶粒不結(jié)合時，ZnO晶粒是n型半導體，其費米能級EFG高于非n型的晶界的費米能級EFB。ZnO晶粒中存在一定濃度的自由電子，晶界層與ZnO晶粒交界的界面上則有大量的表面態(tài)。n 當兩個ZnO晶粒和晶界按實際晶界結(jié)構(gòu)結(jié)合時，由于兩側(cè)晶粒的費米能級高，使得ZnO晶粒表面的自由電子流入界面能級，被界面中的受主表面態(tài)俘獲，導致能

2、帶結(jié)構(gòu)變成圖b。流入界面能級被受主表面態(tài)俘獲的電子變成帶負電的界面電荷，它被在晶界附近正離子化的施主電荷平衡。而ZnO晶粒表面失去自由電子后將由電中性變成帶正電；晶粒內(nèi)部的自由電子因熱運動輸出到表面，然后重復上一過程，直至EFB=EFG，此過程使寬度為L的晶粒表層的自由電子耗盡，形成一個從晶粒表面滲入晶粒體內(nèi)一定深度的電子勢壘，這種帶正電荷的區(qū)域稱為空間電荷層，也稱為自由電子耗盡層耗盡層。它構(gòu)成了ZnO非線性電阻的高阻層。由于它的影響，導致能帶發(fā)生彎曲，形成了圖10(b)所示的勢壘結(jié)構(gòu)。壓敏效應(yīng)產(chǎn)生的基本原理nZnO晶粒本身的電阻率為0.0010.1m，而晶界高阻層的電阻率在108m以上，所以

3、在施加的電壓較小時，幾乎全部由晶界層承擔。低電場區(qū)：1Acm-2中電場區(qū)： 1Acm-2102Acm-2高電場區(qū)： 102Acm-2現(xiàn)在隨著配方、工藝的進步，可以在103Acm-2數(shù)量級上仍保持較好的非線性。4kAcm-2壓敏芯片的微觀結(jié)構(gòu)壓敏芯片的基本特性壓敏芯片的基本特性拐點對應(yīng)晶界擊穿，電流達到拐點對應(yīng)晶界擊穿，電流達到mA/cm2量級量級常用電性能參數(shù)n壓敏電壓U1mA ：將1mA的直流電流通入樣品，其交流成分不大于1%，在40mS400mS內(nèi)讀取的樣品兩端電壓值。n將1mA的直流電流持續(xù)流經(jīng)試品，U1mA 不允許下降，一定幅度的上升是性能良好的表現(xiàn)，一定幅度的上升是性能良好的表現(xiàn)，對

4、于降低工頻負載下的荷電率、提高老對于降低工頻負載下的荷電率、提高老化壽命有較明顯的益處。化壽命有較明顯的益處。漏電流IL：測試電壓為（0.750.01）U1mA，加上電壓后0.2S2S內(nèi)讀取樣品中的電流，漏電流不應(yīng)隨測試時間的增加而持續(xù)升高，持續(xù)降低是良好的表現(xiàn)持續(xù)降低是良好的表現(xiàn)。它表征了低電場區(qū)晶粒-晶界高阻層的絕緣場強。由三個電場劃分可知，在1A/cm2 以下是屬于低電場安全區(qū)，閥片漏流標準可以參照此確定。UL最新標準：0.88U1mA下小于200。常用電性能參數(shù)電容性漏流Ic和電阻性漏流Ir:Ir的基波相位與電壓u同相，Ic相位超前電壓u 90，全電流基波相位取決于Ir與Ic分量的大小

5、，可以采用補償容性電流的方法直接測量泄漏全電流及阻性電流的大小。交流系統(tǒng)主要Ic http:/ I= K U或J=K E 常用計算公式：= 1/lg(U1mA/U0.1mA) 它表征了流過壓敏片的電流在0.11mA區(qū)間段內(nèi)電壓的變化。對3434mm的防雷閥片而言，與它對應(yīng)的特性曲線區(qū)間段為0.01mA cm-20.1mAcm-2。它不能衡量閥片在大電流區(qū)的表現(xiàn)。n由于擊穿機理的不同，小電流區(qū)的系數(shù)與大電流區(qū)的系數(shù)完全沒有對應(yīng)關(guān)系。通常測量的都是小電流區(qū)的系數(shù)，沒有實用意義。常用電性能參數(shù)n標稱放電電流In： MOV能夠承受規(guī)定次數(shù)和規(guī)定峰值的8/20 S沖擊電流。8/20 S波形如圖1規(guī)定。n

6、最大放電電流 Imax：MOV的動作負載試驗電流，除非另有規(guī)定，電流波形為8/20 S，Imax大于In。n寬波沖擊電流I2mS： 規(guī)定波形的等效方波寬度 100 S的沖擊電流。除非另有規(guī)定，則為2 mS方波。2 mS方波波形如圖2規(guī)定。是為了測試最大的能量吸收能力而采用的較長時間的脈沖電流。常用電性能參數(shù)T1T2TDTT100%90%50%10%圖 脈沖電流波1 8/20 S圖方波2 2mST T 12 波前時間半峰值時間T 2mST DT峰值持續(xù)時間()總持續(xù)時間100%90%10%常用電性能參數(shù)8/20S脈沖電流波與2mS方波標準波形n殘壓 Ur：單只MOV 產(chǎn)品流過8/20 S沖擊電流

7、時，它兩端的電壓峰值。nIn下的限制電壓Un：某批MOV 產(chǎn)品在標稱放電電流In下的最高殘壓值。n工作電壓UDC或UAC：在規(guī)定溫度下，允許連續(xù)施加在壓敏芯片上的最大直流電壓UDC或最大交流電壓的有效值UAC 。在規(guī)定的工作電壓時，導通電流較小可忽略不計。常用電性能參數(shù)限制電壓測量注意事項n在SPD的限制電壓測試中，避免放電電流對測試系統(tǒng)特別是對分壓器的干擾，對于保證測試結(jié)果的正確性是非常重要的。判別這種干擾是否嚴重的一個簡單方法，是用一只合格的MOV代替試品，以要求的放電電流對它放電，用示波器測量MOV兩引線緊挨電阻體部位的限制電壓波形，它的峰點應(yīng)與放電電流的峰點在時間上基本重合。因為，MO

8、V是電阻性元件，電阻性元件的基本特性是其兩端電壓波形與流過它的電流波同相位，即電壓波與電流波的峰點時間基本上重合（一般MOV的固有電容，和2cm長的引線電感，對限制電壓的波形不會有明顯影響）。如果限制電壓波的峰點明顯先于電流的峰點，則說明存在干擾，這種干擾，在多數(shù)情況下可通過調(diào)整分壓器的空間位置和方向來消除。圖F.4對此作了說明。n圖F.4.表示了以8/20電流測試MOV限制電壓的情況。是放電電流的波形，和是正常的限制電壓波形，對應(yīng)的放電電流比大，因此限制電壓也高，但兩者的峰點位置都與電流波的峰點基本重合。但有時觀測到的限制電壓波如，這是在正常的限制電壓波形上疊加了干擾電壓的結(jié)果。是與放電電流

9、有磁耦合的電路中所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓（干擾電壓），若耦合系數(shù)為M，則這個電壓為，可見，干擾電壓的特點是在8/20電流的起始時刻最大，因為此刻的di/dt最大，而在8/20電流的峰點tm時刻，Ui=0。t圖F.4 以8/20s電流測試壓敏電阻器（MOV）限制電壓波形tm說明： 8/20s電流波 8/20s電流較小時的限制電壓 8/20s電流較大時的限制電壓 疊加有干擾的限制電壓 8/20s電流波產(chǎn)生的干擾電壓分 量n 加速老化壽命：環(huán)境溫度越高，加在壓敏芯片上的荷電率越大，電阻性漏電流隨時間t增大的速度就越快。因此，保證壓敏芯片在規(guī)定的環(huán)境溫度和荷電率下，具有要求的期望壽命。表.1提供了進行115，

10、1000h老化試驗所得出的最小期壽命的示例。常用電性能參數(shù)n暫時過電壓(TOV)耐受能力：在規(guī)定溫度和試驗條件下MOV耐受規(guī)定的暫時過電壓（TOV）而不發(fā)生熱擊穿的能力。TOV以電壓比值RTOV = UTOV / Uc，即工頻暫時過電壓有效值對MOV最大交流連續(xù)電壓之比來表示。一定的試驗條件：1A工頻電流或1.6Uc下，在規(guī)定時間內(nèi)壓敏芯片不發(fā)生熱擊穿的能力。n最大工頻熱穩(wěn)定電壓最大工頻熱穩(wěn)定電壓US：MOV能夠在45min內(nèi)達到熱穩(wěn)定（10min內(nèi)溫升小于2K）所容許施加的最大工頻電壓（飛舸提出，IEC已采納）。常用電性能參數(shù)應(yīng)用于SPD時應(yīng)著重考核MOV芯片的哪些性能參數(shù)：1.TOV過電壓耐受能力；2.加速老化壽命；3.同等規(guī)格