壓敏半導體陶瓷是指電阻值與外加電壓成顯著的非線性關系的半導體陶瓷。使用時加上電極后包封即成為壓敏電阻器,又稱變阻器。
陶瓷壓敏電阻器自1940年用作電力避雷器以來,開始了它的廣泛應用。如有線電話交換機用它消除電火花,硅整流器、彩色電視機用它吸收異常電壓,微型馬達用它吸收噪音及對電機進行過壓保護和繼電保護。近年來,隨著電子儀器和裝置的輕、薄、短、小及多功能化的發展,陶瓷壓敏電阻器在大規模集成電路(LSI) 和超大規模集成電路(SLSI) 的計算機、電子儀器中作為保護元件需求量逐年增加,給陶瓷壓敏電阻器開辟了廣闊的應用前景。
制造壓敏電阻器的半導體陶瓷材料有SiC、ZnO, BaTiO3, Fe2O3、SnO2、SrTiO3等。
其中BaTiO3、Fe2O3利用的是電極與燒結體界面的非歐姆特性,而SiC、ZnO, SrTiO3, 利用的是晶界非歐姆特性。目前應用最廣、性能最好的是ZnO壓敏半導體陶瓷。
(1)氧化鋅結構
ZnO具有纖鋅礦晶體結構,其中氧離子以六方緊密排列,鋅離子占據了一半的四面體間隙。根據ZnO能帶的禁帶寬度,它應屬于絕緣體類型,但由于結構間隙較大,Zn很容易進入間隙,形成弗蘭凱爾(Frenkel) 缺陷。
(2)氧化鋅壓敏電阻器的制造工藝
氧化鋅壓敏陶瓷電阻器的制造工藝與傳統陶瓷工藝基本相同,其工藝流程如下:配料→混磨→造粒→成型→燒成→噴涂電極→檢測→組裝→打標志→入庫
混磨可以用一般球磨、振動磨。造粒后干壓成型,在空氣氣氛中燒成,燒成溫度視不同配方而定,大約在1150~1350℃都可得到良好的非線性產品。對于特定配方來講,只有一個最適宜的燒成溫度。
(3) 氧化鋅壓敏電阻器的應用
氧化鋅壓敏電阻器的用途很廣,幾乎滲透到各行各業。歸納起來有以下兩個方面:
①過壓保護
各種大型整流設備、大型電磁鐵、大型電機、通訊電路、民用設備在開關時,會引起很高的過通壓,需要進行保護,以延長使用壽命。故在電路中接入壓敏電阻可以抑制過電壓。
此外,壓敏電阻還可用作晶體管保護,變壓器次級電路的半導體器件的保護以及大氣過電壓的保護等。
②穩定電壓
由于氧化鋅壓敏電阻具有優異的非線性和短的響應時間,且溫度系數小、壓敏電壓的穩定度高,故在穩壓方面得以應用。
壓敏電阻器可用于彩色電視接受機、衛星地面站彩色監視器及電子計算機末端數字顯示裝置中穩定顯像管陽極電壓,以提高圖像質量。