壓敏基礎(chǔ)知識(shí)

1、XXXXXXXX有限公司有限公司壓敏防雷芯片基礎(chǔ)知識(shí)第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)壓敏電阻的微觀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)壓敏芯片的基本特性基礎(chǔ)知識(shí)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(jī)理模型壓敏效應(yīng)產(chǎn)生的基本原理n圖10(a)兩個(gè)晶粒不結(jié)合時(shí)，ZnO晶粒是n型半導(dǎo)體，其費(fèi)米能級(jí)EFG高于非n型的晶界的費(fèi)米能級(jí)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(dāng)兩個(gè)ZnO晶粒和晶界按實(shí)際晶界結(jié)構(gòu)結(jié)合時(shí)，由于兩側(cè)晶粒的費(fèi)米能級(jí)高，使得ZnO晶粒表面的自由電子流入界面能級(jí)，被界面中的受主表面態(tài)俘獲，導(dǎo)致能

2、帶結(jié)構(gòu)變成圖b。流入界面能級(jí)被受主表面態(tài)俘獲的電子變成帶負(fù)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(yùn)動(dòng)輸出到表面，然后重復(fù)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(gè)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(dǎo)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(shí)，幾乎全部由晶界層承擔(dān)。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(jìn)步，可以在103Acm-2數(shù)量級(jí)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(diǎn)對(duì)應(yīng)晶界擊穿，電流達(dá)到拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)晶界擊穿，電流達(dá)到mA/cm2量級(jí)量級(jí)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(duì)

4、于降低工頻負(fù)載下的荷電率、提高老對(duì)于降低工頻負(fù)載下的荷電率、提高老化壽命有較明顯的益處?；瘔勖休^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(shí)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(qiáng)。由三個(gè)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(biāo)準(zhǔn)可以參照此確定。UL最新標(biāo)準(zhǔn)：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(bǔ)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(jì)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(duì)3434mm的防雷閥片而言，與它對(duì)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(jī)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(duì)應(yīng)關(guān)系。通常測量的都是小電流區(qū)的系數(shù)，沒有實(shí)用意義。常用電性能參數(shù)n標(biāo)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(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)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(shí)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(shí)間半峰值時(shí)間T 2mST DT峰值持續(xù)時(shí)間()總持續(xù)時(shí)間100%90%10%常用電性能參數(shù)8/20S脈沖電流波與2mS方波標(biāo)準(zhǔn)波形n殘壓 Ur：單只MOV 產(chǎn)品流過8/20 S沖擊電流

7、時(shí)，它兩端的電壓峰值。nIn下的限制電壓Un：某批MOV 產(chǎn)品在標(biāo)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(shí)，導(dǎo)通電流較小可忽略不計(jì)。常用電性能參數(shù)限制電壓測量注意事項(xiàng)n在SPD的限制電壓測試中，避免放電電流對(duì)測試系統(tǒng)特別是對(duì)分壓器的干擾，對(duì)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(yán)重的一個(gè)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(duì)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(diǎn)應(yīng)與放電電流的峰點(diǎn)在時(shí)間上基本重合。因?yàn)?，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(diǎn)時(shí)間基本上重合（一般MOV的固有電容，和2cm長的引線電感，對(duì)限制電壓的波形不會(huì)有明顯影響）。如果限制電壓波的峰點(diǎn)明顯先于電流的峰點(diǎn)，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(duì)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(duì)應(yīng)的放電電流比大，因此限制電壓也高，但兩者的峰點(diǎn)位置都與電流波的峰點(diǎn)基本重合。但有時(shí)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(gè)電壓為，可見，干擾電壓的特點(diǎn)是在8/20電流的起始時(shí)刻最大，因?yàn)榇丝痰膁i/dt最大，而在8/20電流的峰點(diǎn)tm時(shí)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(shí)的限制電壓 8/20s電流較大時(shí)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(shí)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(jìn)行115，

10、1000h老化試驗(yàn)所得出的最小期壽命的示例。常用電性能參數(shù)n暫時(shí)過電壓(TOV)耐受能力：在規(guī)定溫度和試驗(yàn)條件下MOV耐受規(guī)定的暫時(shí)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(shí)過電壓有效值對(duì)MOV最大交流連續(xù)電壓之比來表示。一定的試驗(yàn)條件：1A工頻電流或1.6Uc下，在規(guī)定時(shí)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(dá)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(shí)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