氧化锌压敏电阻的老化机理
压敏电阻原理
氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用施加于压敏电阻器两端的电压小于其压敏电压，其导电属于热激发电子电导机理。
因此，压敏电阻器相当于一个10MΩ以上的绝缘电阻(Rb远大于Rg)，这时通过压敏电阻器的阻性电流仅为微安级，可看作为开路。
该区域是电路正常运行时压敏电阻器所处的状态。
“压敏电阻是中国大陆的名词，意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。
相应的英文名称叫“V oltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。
压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。
现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。
所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。
在中国台湾，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为"突波吸收器"。
压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。
一、氧化锌压敏电阻器微观结构及特性氧化锌压敏电阻器是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物、经典型的电子陶瓷工艺制成的多晶半导体陶瓷元件。
它的微观结构如图1所示。
氧化锌陶瓷是由氧化锌晶粒及晶界物质组成的，其中氧化锌晶粒中掺有施主杂质而呈N型半导体，晶界物质中含有大量金属氧化物形成大量界面态，这样每一微观单元是一个背靠背肖特基势垒，整个陶瓷就是由许多背靠背肖特基垫垒串并联的组合体。
图2是压敏电阻器的等效电路。
二、特点(1)通流容量大(2)限制电压低(3)响应速度快(4)无续流(5)对称的伏安特性(即产品无极性)(6)电压温度系数低三、氧化锌压敏电阻器应用及注意事项1、氧化锌压敏电阻器应用原理压敏电阻器与被保护的电器设备或元器件并联使用。
当电路中出现雷电过电压或瞬态操作过电压Vs时，压敏电阻器和被保护的设备及元器件同时承受Vs，由于压敏电阻器响应速度很快，它以纳秒级时间迅速呈现优良非线性导电特性(见图3中击穿区)，此时压敏电阻器两端电压迅速下降，远远小于Vs，这样被保护的设备及元器件上实际承受的电压就远低于过电压Vs，从而使设备及元器件免遭过电压的冲击。
压敏电阻工作原理及技术参数
压敏电阻“压敏电阻"是中国大陆的名词，意思是在一定电流电压范围内电阻值随电压而变，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。
英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”, 或者叫做“Varistor"。
压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。
现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。
所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。
在中国台湾，压敏电阻器称为"突波吸收器",有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。
目录1、压敏电阻电路的“安全阀”作用压敏电阻有什么用？压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值"UN"时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。
利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。
例如：现在我们家用的彩电的电源电路中就使用了氧化锌压敏电阻，这里使用的压敏电阻的阀值电压约为270V，当电源电压小于270V时（正常值为220V）它相当于不导通，而当电源异常，短时超过270V时，它就导通，将电压限制在270V。
不同的使用场合，应用压敏电阻的目的，作用在压敏电阻上的电压/电流应力并不相同，因而对压敏电阻的要求也不相同，注意区分这种差异，对于正确使用是十分重要的。
根据使用目的的不同，可将压敏电阻区分为两大类：①保护用压敏电阻，②电路功能用压敏电阻。
保护用压敏电阻（1）区分电源保护用，还是信号线，数据线保护用压敏电阻器，它们要满足不同的技术标准的要求。
（2）根据施加在压敏电阻上的连续工作电压的不同，可将跨电源线用压敏电阻器区分为交流用或直流用两种类型，压敏电阻在这两种电压应力下的老化特性表现不同。
压敏电阻的工作原理(一)
压敏电阻的工作原理(一)压敏电阻简介•定义：压敏电阻是一种电阻器，其阻值会随外加电压或电场的变化而产生明显变化。
•原理：一般由氧化锌或硒化铅等材料制成，在电场作用下会导致材料的晶格结构发生改变，从而影响电导率，导致阻值变化。
压敏电阻的工作原理•电机阻值变化：当压敏电阻接在电路中时，外加电压会导致阻值发生变化，这是因为电压会导致晶格结构的弯曲或变形，从而影响电导率。
因此，压敏电阻通常用作电路中的可变电阻器。
•限流器作用：压敏电阻还可以作为限流器使用。
当电路中的电流高于压敏电阻的额定值时，阻值会急剧增加，从而保护电路中的其他元件，以防止由于电压或电流的突然变化而引起的损坏或故障。
压敏电阻的分类•按材料分类：按照压敏电阻材料的不同，压敏电阻可以分为氧化锌压敏电阻、硒化铅压敏电阻等。
•按阻值分类：按照压敏电阻的阻值大小，可以分为高阻值型压敏电阻和低阻值型压敏电阻。
•按应用场景分类：按照压敏电阻的应用场景不同，可以分为电子元器件压敏电阻、汽车电子压敏电阻、电力传感器压敏电阻等。
压敏电阻的优缺点•优点：具有高灵敏度、响应速度快、材料成本低、易加工等优点。
•缺点：容易受热、湿度等环境因素影响，需要经常更换。
结语压敏电阻是一种重要的电阻器件，在各种电路中得到广泛应用。
了解其工作原理和分类有利于更好地选择和使用该元器件，以满足不同应用场景下的需求。
压敏电阻的应用场景•电子电路：在电子电路中，压敏电阻通常被用作可变电阻、保护元件、稳压元件等。
在电路中，具有相对高灵敏度的压敏电阻可以用来检测物理量变化（如压力、形变、振动、加速度等）。
•电力行业：在电力行业，压敏电阻通常被用作保护元件、过载保护元件等。
压敏电阻可以用于检测电力设备（如变压器、电机等）中的故障和异常情况。
此外，压敏电阻还可以用于高压电磁波的抑制。
•汽车电子：在汽车电子中，压敏电阻通常被用作限流器、过压保护元件、传感器等。
压敏电阻可以用于电动汽车动力电池管理系统（BMS）中的过压保护、温度测量、电流检测等。
压敏电阻的工作原理及作用与优势
压敏电阻的工作原理及作用与优势压敏电阻是一种限压型保护器件。
利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。
“压敏电阻“是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。
英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”，或者叫做“Varistor”。
压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。
现在大量使用的“氧化锌”（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素锌（Zn）和六价元素氧（O）所构成。
所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。
在中国台湾，压敏电阻器称为“突波吸收器”，有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。
一：压敏电阻的作用与优势压敏电阻有什么用？压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值“UN”时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，它的阻值变小，这样就使得流过它的电流激增而对其他电路的影响变化不大从而减小过电压对后续敏感电路的影响。
利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。
例如：我们家用的彩电的电源电路中就使用了氧化锌压敏电阻，这里使用的压敏电阻压敏电压为470V，当瞬态的浪涌电压最大值（非有效值）超过470V时，压敏电阻就是体现他的钳位特性，把过高的电压拉低，让后级电路工作在一个安全的范围内。
同时，压敏电阻还有一个很重要的作用。
压敏电阻主要用于电路中的瞬态过电压保护，但由于其类似于半导体稳压管的伏安特性，使得它还具有多种的电路元件功能。
比如：压敏电阻是一种直流高压小电流稳压元件，稳定电压可达数千伏以上，是硅稳压管无法达到的;压敏电阻可用作电压波动检测元件;可用作直流电平移位元件;可用作荧光启动元件;可用作均压元件等等。
氧化锌压敏电阻器的性能及失效后的三种表现
氧化锌压敏电阻器的性能及失效后的三种表现
氧化锌压敏电阻器的性能
氧化锌压敏电阻器是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物、经典型的电子陶瓷工艺制成的多晶半导体陶瓷元件。
由于其独特的晶界结构，在一定电场下，晶界导电由热电子发射传导瞬间转变为电子隧道传导，其电阻值随着电压的增大而急剧减小，具有优异的非线性伏安特性。
那么，当存在过电压时，晶界电子隧道效应抑制过电压峰值增长，吸收部分过电压能量，从而起到对线路或设备的防护作用。
但是，不论压敏电阻器应用在电力线路或电子线路,若各种类型的过电压频繁出现,则压敏电阻器就会频繁动作以抑制过电压幅值和吸收释放浪涌能量，保护电气设备及元器件,这势必会导致压敏电阻器的性能劣化乃至失效。
氧化锌压敏电阻器失效后的三种表现
（1）劣化，表现为漏电流增大,压敏电压显著下降,直至为零;
（2）炸裂，若过电压引起的浪涌能量太大,超过了所选用的压敏电阻器极限承受能力,则压敏电阻器在抑制过电压时将会发生陶瓷炸裂现象;
（3）穿孔，若过电压峰值特别高,导致压敏电阻器陶瓷瞬间发生电击穿,表现为穿孔。
其中，在进行分级防雷保护前提下，压敏电阻器的失效模式绝大部分表现为劣化和穿孔（即短路），因此，在使用压敏电阻器时，必须与之串联一个合适的断路器或保险丝，避免电路短路引起事故。
目前，国际上流行的过电压保护器就是将压敏电阻器与限流、过流和劣化告警装置有机地组合在一起，它除了具有过电压保护功能外，还具有防止自身劣化、导致电路短路的功能。
氧化锌非线性电阻老化剖析
氧化锌非线性电阻老化剖析张 敬 王桥智 孙晓波 马明叶（中国长江电力股份有限公司白鹤滩水力发电厂）摘 要：氧化锌非线性电阻在使用过程中会出现性能渐变老化甚至热崩溃的问题，本文分析了导致氧化锌非线性电阻老化的两种机理及相关因素，详细论述了老化造成的安全隐患，并推荐了老化检测方法。
关键词：氧化锌；热崩溃；直流老化；交流老化；老化检测方法0 引言避雷广泛使用的高场强的氧化锌非线性电阻，只需承受短时（8～20µs）过电压及大电流（5kA），只进行2ms方波能量测试，不能接受持续时间的能量冲击，也就不适合发电机励磁系统中的灭磁及过电压保护。
上世纪70年代，中科院等离子所开始研发低场强的高能氧化锌电阻用于船舶等军工行业。
当时受碳化硅灭磁电阻国产化的技术限制，利用高能氧化锌电阻具有能容大、残压比小、灭磁快等优点，遂将其应用于发电机励磁系统的灭磁和过电压保护，开始大范围应用于中小型水轮发电机组。
氧化锌灭磁电阻并联于发电机转子绕组两端，励磁系统正常运行时，转子绕组两端电压较低，通过氧化锌非线性电阻的漏电流小于100A，这样小的电流不会导致氧化锌非线性电阻损坏。
当事故灭磁时，灭磁开关拉弧建压，达到氧化锌非线性电阻动作阈值后，电压基本维持不变，随着电流增大电阻值逐渐减小，残压比U100A /U10mA小于1.4，转子电流快速转移到氧化锌非线性电阻中消耗，达到快速灭磁的目的。
国内中、小型水电站大多使用氧化锌非线性电阻作为发电机励磁灭磁电阻。
随着使用时间的增加，氧化锌非线性电阻性能会渐变老化，吸收能量的能力降低。
极端情况下，有的支路形成了热崩溃，甚至击穿烧毁。
目前常采用每个支路串联快速熔断器的措施来防止氧化锌非线性电阻击穿后造成回路短路，却又造成组件体积较大，使氧化锌的应用受到了限制。
为何氧化锌非线性电阻在使用过程中会出现这种现象呢？本文从氧化锌的机理来进行一些分析。
1 氧化锌非线性电阻的机理特性氧化锌非线性电阻是基于氧化锌材料为主，辅以氧化铜、氧化铋、氧化钴、氧化锰等少量其他金属氧化物添加剂，通过研磨、喷雾造粒、成形、烧结等工艺制作而成。
氧化锌压敏电阻老化过程中非线性系数变化的研究_杨仲江
第30卷第9期电子元件与材料V ol.30 No.9 2011年9月ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS Sep. 2011氧化锌压敏电阻老化过程中非线性系数变化的研究杨仲江1，张枨1，柴健1，李祥超1，汝洪博2（1. 南京信息工程大学 雷电科学与技术系，江苏 南京 210044；2. 湖州市防雷中心，江苏 湖州 313000）摘要: 根据氧化锌压敏电阻（MOV）的非线性特征，结合双肖特基（Schottky）势垒理论和氧化锌陶瓷在小电流区的导电机制，提出了氧化锌压敏电阻老化劣化过程中必然伴随着非线性系数α的变化的结论。
针对一种型号的MOV，通过大量实验数据分析得出：在不同老化劣化实验条件下，MOV的非线性系数α均随劣化程度的增加而呈下降趋势；在标称电流I n冲击下，α值随冲击次数近线性下降。
经实验论证，非线性系数α对评价MOV的老化劣化程度具有一定的参考价值。
关键词:氧化锌压敏电阻；非线性系数；老化劣化；肖特基势垒中图分类号: TM23 文献标识码:A 文章编号:1001-2028（2011）09-0027-04Research on the varying of nonlinear coefficient during thedegradation of ZnO varistorYANG Zhongjiang1, ZHANG Cheng1, CHAI Jian1, LI Xiangchao1, RU Hongbo2(1. The Department of Lightning Science and Technology, Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044, China; 2. Huzhou Lighting Protection Center, Huzhou 313000, Jiangsu Province, China)Abstract: The process of the degradation of ZnO varistor is necessarily accompanied with the varying of nonlinear coefficient α, which is based on the double Schottky barrier theory, the electrical conduction mechanism of the zinc oxide ceramic in the low current range and the nonlinear characteristics of ZnO varistor. By the experiments on the same type of MOV, the results indicate that the nonlinear coefficient α of MOV decreases with the increasing of degradation degree in different experimental conditions, and the αvalue decreases in line shape with the increasing of impact cycles by the experiment under the impact of the nominal current I n. The nonlinear coefficient α has a valuable reference for the estimation of the degradation degree of MOV.Key words: ZnO varistor; nonlinear coefficient; degradation; Schottky barrier氧化锌压敏电阻片因其良好的非线性特性和大电流吸收能力，现在已被广泛应用于大型电气设备、电力系统、低压电源系统和信息系统的电涌防护中，其性能的好坏直接影响着安全保护的效果[1-4]。
氧化锌压敏电阻劣化前后动态特性研究
氧化锌压敏电阻劣化前后动态特性研究摘要压敏电阻经过不同程度老化以及出现劣化现象后，自身防护能力便会降低，致使热破坏现象发生。
因而，本文主要围绕着氧化锌压敏电阻在劣化前后的动态特性开展深入的研究和探讨，仅供参考。
关键词压敏电阻；氧化锌；劣化；动态特性；前言由于压敏电阻经脉冲老化后，对其工作可靠性、稳定性均会产生影响，故综合分析氧化锌压敏电阻在劣化前后的动态特性，对今后更好地把握氧化锌压敏电阻经过劣化过后的状态以及特性，有着一定的现实意义和价值。
1.简述压敏电阻压敏电阻，即非线性的伏安特性一类电阻器件，电路承在受过压情况下电压钳位当中应用，便于多余电流吸收以及敏感器件保护[1]。
1.分析动态特性2.1实验方法以及过程处于同波形、冲击电流不同条件下，分别针对同厂家以及同型号C、E两片。
脉冲波形为8/20µs条件之下，依次施加5kA、实施测定，对比C、E两片Rd10kA、15kA，而后再施加10kA、20kA、30kA冲击，各组电流均实施3次冲击，每次均间隔约5min，冷却到室温过后，每次冲击获取相应残压图以及电流图，以此测算R，借助软件系统处理数据获取相对平滑散点图实施分析。
经分析可了解d均呈U形状态分布，不同电流冲到，C片处于脉冲波形8/20µs电流冲击之下，Rd击之下，动态电阻呈优良一致性，大体上无明显重叠，特别是20kA、30kA冲击条件下Rd 均无重合。
Rd电阻为一致恢复时间，约3*10-5s。
同等电流间隔冲击条件下，脉冲波形10/350µs条件之下动态电阻缓增过后骤然上升，呈递增分布状态。
E片经以上实验分析后所获取结果和C片呈一致性，由此表明同厂家以及同型号，却为不同片相互间处于同等条件之下，动态电阻呈较小波动，一致性优良。
压敏电阻处于标准脉冲电流冲击条件下，产生以上现象可借助离子迁移基础理论予以解释分析，在脉冲波形8/20µs电流冲击作用之下，电流对反向特基的势垒产生作用，故肖特基势垒内部离子迁移主要为反向肖特基势垒耗尽一层内部离子迁移。
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氧化锌压敏电阻的老化机理1 前言从氧化锌压敏电组U-I 特性、介电特性以及热激发电流(TSC)，综述了压敏电阻直流电压和交流电压作用引起的老化现象。
氧化锌压敏电阻的老化，归因于晶粒边界区耗尽层中填隙锌离子的扩散，由同时施加的电压和温度引起的。
当耗尽层中的填隙锌通过加热退火处理永久地扩展出来，压敏电阻的稳定性得以改善。
2 氧化锌压敏电阻的老化现象2.1 伏安特性曲线的老化现象图1 是对直径14mm，厚度1.8mm 的氧化锌压敏电阻的试验中得到的。
图中分别列出直流和交流电压作用下伏安特性的老化现象[1-6.8]。
2.1.1 直流电压作用下的老化在直流电压的作用下，氧化锌压敏电阻的U-I 曲线发生不对称变化，即在施加电压一段时间后，再测量压敏电阻的U-I 特性时，其非线性特性曲线发生不对称的变化，如图1(a) 所示。
试验时施加的电压梯度为95V/mm，温度为70℃。
加压后在测量压敏电阻的U-I 特性表明，在同样的电压下，流过压敏电阻的电流将增加。
不对称变化表现在：和老化试验电压极性相反的伏安特性（图1(a) 左下角）的变化比极性一致的正方向特性（图1(a) 右上角）的变化要大。
随所施加电压和加压时间的增加，U-I 特性曲线的改变程度也加大。
2.1.2 交流电压作用下的老化当施加交流电压一定时间后，氧化锌压敏电阻的U-I 特性曲线发生对称变化，如图(1)b 所示。
除了特性曲线的变化是对称的特点外，改变的趋势与施加直流电压的趋势相近。
试验时所施加的交流电压梯度为65V/mm，温度为70℃。
试验还表明，不论是直流还是交流作用电压，老化试验后压敏电阻U-I 特性在预击穿区（即低电场区域）的变化程度要比击穿区即（中电场区域）大得多。
2.2 功率损耗和阻性电流的增加在直流电压作用下对氧化锌压敏电阻进行加速老化试验，试验结果表明，与交流电压作用下压敏电阻一样，氧化锌压敏电阻的功率损耗和阻性电流在老化试验过程中明显增加[1，4，5]。
2.2.1 功率损耗增加对压敏电阻试品在加速老化后，在室温下测量其功率损耗与电压的关系曲线。
图 2 表示试品在老化试验前后测试的结果。
加速老化试验时的温度为135℃，施加直流的荷电率为0.85，试验时间为100h。
和老化试验前的功耗特性曲线相比，试验后的功耗有明显增加，即试验后功率损耗与电压的关系曲线发生了向左的移动。
2.2.2 阻性电流增加老化试验后阻性电流增加，以及压敏电阻整体电阻率逐渐下降。
图3 表示不同老化试验过程中交流电压和直流电压作用下，压敏电阻的电流增加的典型曲线。
图4 表示进行老化试验前后氧化锌压敏电阻在低电场区的电阻率随温度变化的情况。
从图中可以看出，老化试验后氧化锌压敏电阻的电阻率明显减小。
2.3 氧化锌压敏电阻电介质特性的变化2.3.1 介电常数的变化介电常数的变化将导致压敏电阻电容值的变化[1，4，5]。
图 5 所示为氧化锌压敏电阻在95V/mm 的直流电压及有效值为65Vrms/mm 交流电压时，进行加速老化试验前后压敏电阻电容随频率的变化曲线，试验时温度为70℃，加压时间为500h。
从图中可以看出，老化试验后，电容随频率的变化曲线发生了移动，电容值比加压老化试验前有所减小。
图6 所示为氧化锌压敏电阻经95V/mm 的直流电压，温度70℃，110h 老化试验后，压敏电阻电容值随施加电压的变化曲线。
从图中看出，电容随电压的增加而减小，而且老化试验后曲线向下移动，即电容值有较大下降。
2.3.2 介质损耗变化图7 所示为与图 5 相同的老化试验条件下，在进行直流和交流老化试验前后测量得到的压敏电阻介质损耗因数tanδ随频率的变化曲线[1，4，5]。
在对氧化锌压敏电阻进行交流或直流老化试验后，介质损耗在频率0.1MHz 以下时都比试验前有所增加。
试验表明，随着老化试验时间、试验时的温度及施加电压幅值的增加，氧化锌压敏电阻电容的减小和介质损耗的增加都将进一步加剧。
3 氧化锌压敏电阻的老化原因3.1 热激发电流测量热激发电流(TSC)是常用于研究连续电压作用下电介质老化机理的一种方法。
在连续电压作用下，介质内部积累了电荷，试验时，当温度升高，这些电荷因受热而释放出来，便形成热激发电流[1，4]。
3.1.1 热激发电流的测定当对经施加直流电压老化后的压敏电阻，用石英管通过以0.333K/s 一定的速率加温时（不加偏压），可以观察到并测定出热激发电流TSC，热激发电流是在非平衡状态下的迁移离子向平衡状态的过渡中产生的。
通过一定速率的加热，界面附近积累的离子通过扩散又恢复到起始分布状态，而这种扩散是定向的，因而产生热激发电流，所以当压敏电阻经热激发电流测试后，其U-I 特性曲线会恢复到原来的状态，因此，热激发电流的大小也就正好是老化程度的量度。
压敏电阻经过不同直流负荷时间的直流老化，测得的热激发电流如图8 所示。
由图8 可见，热激发电流TSC 峰值随着老化时间的增长而增大，并且相应的峰值温度Tm 向高温方向移动。
3.1.2 热激发释放电荷与老化时间的关系热激发释放的电荷QTSC 与老化时间t 的关系用下式表示QTSC=Ktn (1)式中：K —常数；n —指数，约为0.6。
从上式可知，QTSC 随时间的变化是缓慢和连续的。
考虑到老化可以在长达几百小时内连续发生，要陷阱中的电子显出长达几百小时的响应时间是不可能的，只有离子迁移可以说明上述现象，这里的离子迁移发生在耗尽层区和ZnO-ZnO 晶粒之间的晶界层区。
在95V/mm、343K、1h 偏压后测定了经800℃热处理2h 试验的热激发电流TSC。
图8 实验结果用破折线表示。
热处理后试样的TSC 约为未处理试样TSC 的1/5。
说明热处理后的试样比未热处理的U-I 曲线变化显著地小，表现出良好的耐受偏压稳定性。
3.2 离子扩散在氧化锌压敏电阻耗尽层中，可能迁移的离子有填隙锌离子()、格点上的锌离子() 格点上的氧离子() 和其他在锌格点上的替位（外来）离子（如Bi···、Co··和Mn··等）。
Gupta 等通过对交流电压作用下填隙锌扩散过程的研究，提出了填隙锌是占优势的迁移离子的证据[1，2，4]。
根据承受交流电压作用的压敏电阻，其电流衰减方程和反向偏压一边的耗尽层中占优势的离子，在电场作用下向晶界方向迁移的离子扩散方程，可以求出离子扩散系数(2)式中：D —离子扩散系数；L —耗尽层宽度；τ—电流衰减时间常数。
从测得的电流衰减曲线，可以求出时间常数τ。
若耗尽层宽度L=100nm，温度在100℃～170℃范围内，则按式(2) 计算的扩散系数D=10-12～10-13 (cm2/s)。
表 1 列出了文献报导的离子扩散系数。
从表中的数据可以看出，按式(2) 计算的结果与文献中报导的填隙锌离子的扩散系数十分接近。
表1 文献报导的离子扩散系数与用式(2) 计算的离子扩散系数的比较扩散离子扩散系数（cm2/s）格点上的锌离子 DZn(L) 10-42格点上的氧离子 Do(L) 10-84填隙锌离子 DZn(i) 10-10～10-12按式(2)计算 Di 10-12～10-13因此，可以认为填隙锌是氧化锌压敏电阻老化过程中起决定性作用的迁移离子。
3.3 填隙锌离子的来源氧化锌的非化学计量特性，当加热时，特别是在氧气氛下，它可形成过剩的Zn 施主，寄存在点阵的间隙位上，当冷却时在室温下“冻结”。
填隙锌离子从锌颗粒内逐渐迁移到其边界，在耗尽层中被捕获的冻结填隙离子对压敏电阻的稳定性是有害的，会引起压敏电阻老化[2，7]。
基于这一概念，研究了压敏电阻的晶界缺陷模型（图10），与肖特基势垒能级模型相似。
压敏电阻的不稳定性是由于电场促使填隙锌在耗尽层中的扩散，继而通过与晶粒边界缺陷产生化学反应的过程，结果导致随着时间延长势垒高度降低，泄漏电流增加。
由两种势垒成分构成一耗尽层：(1) 空间固定的正电荷离子构成的稳定成分。
(2) 由移动的正电荷的填隙锌离子构成的亚稳定成分。
热处理使填隙锌还原，提高了稳定性。
当耗尽层中的填隙锌通过加热退火处理永久性地扩散出来，表明压敏电阻的稳定性得以改善。
3.4 肖特基势垒的变化压敏电阻经直流负荷后U-I特性曲线的老化归因于肖特基势垒的变化。
老化主要发生在预击穿区，预击穿区的热激发方程（热发射电流）[2，4] 是(3)式中：J —热发射电流；φB —电子热激活能；E —电场强度；B —常数；Jo —常数；K —波尔兹常数；T —绝对温度。
U-I 特性曲线老化后一定电压下的电流增大。
由上式可知，这种电流增大归因于φB 的减小，所以上面所说肖特基势垒的变化就是指φB 的减小。
位于晶粒边界的肖特基势垒φB：(4)式中：e —电子电荷；Ns —表面态密度；εo —真空介电常数；Nd —ZnO 晶粒中的施主浓度。
由上式看出，Ns 的减小或Nd 的增加都可使φB 下降，即晶界层或晶粒边界中负电荷(Ns) 的减少、或者是耗尽层中正电荷(Nd) 的增加都会导致φB 的下降，使J 相对地增大，从而造成U-I 特性曲线的老化。
使Ns 减少或使Nd 增加的原因在于正、负离子在晶界层与晶粒的界面两侧的积累和离散。
由式(3) 可知，泄漏电流是与势垒高度、外施电压及温度有关的。
当外施电压和温度一定时，泄漏电流增加意味着势垒高度的降低。
图9 所示根据老化前后，不同温度下的电压一电流特性求得的老化前后势垒高度随外施电压的变化。
从这些数据可以看出，老化后势垒高度确实降低，并且势垒高度降低的程度随着外施电压的增加而增加。
因此，可以认为老化后，压敏电阻片泄漏电流的增加完全是由于肖特基础势垒高度降低造成的。
下面用图10 具体地说明由离子迁移而引起起的这种离子的积累和离散现象。
表2 列出在直流负荷电压作用下，肖特基势垒的变化情况。
肖特基势垒高度的减小是由于Ns 的减小或在界面的负电荷引起；或者由于施主浓度的增加或者耗尽层中的正电荷Nd 的增加而引起的。
3.5 晶界缺陷模型氧化锌压敏电阻的晶界缺陷模型（图11）[1，2，6]，由两种势垒成分构成一耗尽层：a. 空间位置固定的、正电荷离子形成的稳定成分。
这种离子是3 价的置换（外来）离子，称为施主离子，（D 是Bi、Sb 等）和本征氧空位及。
b. 可移动的、正电荷的Zn 填隙离子组成的亚稳定成分。
这一种离子是单电荷和双电荷本征Zn 填隙离子、。
这些正电荷施主从晶粒边界的两侧扩散到邻近晶粒，由晶粒边界处负电荷受主层来补偿，它们基本上是本征Zn 空位和。
认为氧填隙和在ZnO 中不是主要的缺陷类型。
(1) 为了满足电中性，晶界上的负电荷（、）是由相邻晶粒的耗尽层中的正电荷在两边平衡的。
在耗尽层中电荷的重要特点是这些正离子的空间位置是不同的：置换离子（）和空位（，）是位于点阵（子晶格）位置上，而Zn 填隙离子（，）是位于ZnO（纤锌矿）结构的间隙位上。