压敏电阻 氧化锌 应用
氧化锌压敏电阻
氧化锌压敏电阻
氧化锌压敏电阻是一种特殊的可变电阻，它可以根据外加压力的大小而发生变化。
它具有很好的直流和交流电性能，广泛应用于各种电子设备中，例如手机、MP3播放器、笔记本电脑、汽车导航系统、家庭影院系统等，这是最常用的电子元器件之一。
氧化锌压敏电阻的原理是由一个氧化锌片和一个金属片组成，金属片上覆盖有一层氧化锌薄膜，当外界的外加压力发生变化时，氧化锌薄膜会发生变形，使得氧化锌片与金属片之间的电阻发生变化，从而调节整个电路的电流。
氧化锌压敏电阻具有体积小、重量轻、可以调节电阻值、耐久性强、容易操作等优点，适用于各种电子产品和工业设备，可以满足不同应用场合的需求。
氧化锌压敏电阻有两种结构：单片结构和双片结构。
单片结构由一块氧化锌片和一块金属片组成，外加压力可以使氧化锌片发生变形，从而改变氧化锌片与金属片之间的电阻。
双片结构由两块氧化锌片和两块金属片组成，这种结构可以更好地表现压力变化对电阻的影响。
氧化锌压敏电阻的制作原理是将氧化锌薄膜覆盖在金属表面上，然后将金属片和氧化锌片组装成一个电阻元件，焊接在PCB板上，使其形成电路回路。
氧化锌压敏电阻的制作过程主要包括：氧化锌薄膜的制作、金属片的制作、氧化锌片的制作、焊接，以及电阻器的测试，确保电阻器的质量符合要求。
由于其性能稳定，可靠性高，使用寿命长，耐高温等优点，氧化锌压敏电阻在电子产品中的应用越来越广泛，它可以用来调节电流、调节电压、检测外部压力以及实现传感功能等，可以满足不同应用场合的需求。
氧化锌压敏电阻在电子设备中的应用越来越多，它能够提供准确可靠的信号控制，解决复杂的控制问题，为电子设备的控制提供高性能的保障，是当今高新技术领域的重要元器件之一。
低压氧化锌压敏电阻(微制造)
电子科学与技术系 徐华易
主要内容
1、ZnO压敏电阻原理 2、 低压ZnO压敏电阻应用 ZnO 3、ZnO压敏电阻低压化的途径
4、ZnO压敏电阻与IC的兼容性探讨
ZnO压敏电阻原理
氧化锌压敏电阻的压 敏特性来源于其晶界 效应
Hale Waihona Puke ZnO 压敏电阻器微观结构模型示意图
双肖特基势垒模型
无外加电压时晶界平衡势垒图
ZnO压敏电阻与IC的兼容性探讨
随着电子电路领域集成度的提高，电子设备 向小型化、多功能化发展，片式贴片元件由于尺 寸较大已无法满足电子设备小型化需求，所以人 们希望将ZnO压敏电阻通过微电子工艺集成到芯 片中去。
提出的要求
1、更低的压敏电压 目前报道的最低压敏电压为3.2V左右， 而现在已经，而目前IC电压已低至1.2V。 同时要有高α值和高通流量。
正反偏压晶界平衡势垒图
• I-V特性曲线
I=(C/V) α
典型氧化锌压敏陶瓷I-V特性曲线
预击穿区（小电流区）导电解释
击穿区（中电流区）导电解释
回升区电导解释 大电流密度下，此时I-V特性曲线基本上由ZnO晶 粒电阻决定，而不再由晶界效应决定，所以回升 区非线性系数α →1
低压ZnO压敏电阻应用
取向生长的柱状ZnO 薄膜示意图
ZnO 薄膜的SEM 断面图
THANKS
2、与微电子工艺的兼容性 制备温度的兼容性 氧化锌压敏特性来源于多晶 晶界效应，形成大晶粒的多晶薄膜需要很高的温 800 度（800℃以上）。必需考虑高温对硅晶片的影 响。 制备工艺的兼容性 用微电子制备工艺（如磁控 溅射、MOCVD等）在硅基片上制备ZnO-Bi2O3 多 晶薄膜。
zno压敏电阻 阻抗
zno压敏电阻阻抗
ZNO压敏电阻是一种常见的电子元器件，常用于电子电路中的过压保护和限流功能。
它由氧化锌粉末和少量其它物质制成，具有高阻值和压敏特性，能够在电路中起到重要的作用。
ZNO压敏电阻的阻值通常在几千欧姆至数百兆欧姆之间，其阻值随着电压的变化而变化，从而能够对高压下的电路进行限流和过压保护。
在电路中，ZNO压敏电阻通常与其它电阻、电容和变阻器等器件一起组成复杂的脉冲电路，可以用于温度传感器、光控设备、电子情报仪器等多个领域。
在压敏电阻中，氧化锌粉末是其最为重要的组成部分。
氧化锌粉末的选材和制造工艺是影响压敏电阻性能的主要因素，其制作精度和生产工艺的优化可以大幅提高压敏电阻的性能。
另外，在ZNO压敏电阻的生产过程中，通常会添加一些稀土元素、二氧化钇和镁等物质，以提高其敏感性和防止老化效应。
同时，在选择ZNI压敏电阻时，还需要考虑其额定电压、额定电流、温度系数、工作温度范围等多个因素，确保它能够正常工作，并能在其额定电压范围内发挥其过压保护和限流功能。
总之，ZNO压敏电阻作为一种常用的电子元器件，在多个领域都有重要应用，能够对电路进行过压保护和限流，为电子设备的稳定运行提
供了有力保障。
而在使用压敏电阻时，还需要注意选择合适的型号、
合理设计电路，以及进行正确的使用和维护，从而保证其性能和寿命。
ZnO压敏电阻片的应用研究进展
ZnO压敏电阻片的应用研究进展王玉平1,2李盛涛2孙西昌1（1. 西安电瓷研究所 西安 7100772. 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室 西安 710049）摘要本文针对1000kV交流系统和±800kV直流系统中各种避雷器对安全可靠性、重量轻、体积小型化的要求，总结了国内外竞相开展的提高ZnO压敏电阻片电位梯度和能量吸收能力的研究开发工作。
综述分析了国内外用于交直流系统避雷器的高电位梯度、大能量吸收能力的新型ZnO 压敏电阻片的研究开发和应用进展，总结了提高ZnO压敏电阻片电位梯度（达4.0kV/cm）和能量吸收能力（达300J/cm3）的主要途径。
关键词：ZnO压敏电阻片 高梯度 大容量 直流 研究进展Progress in Development and Application of ZnO VaristorsYuping Wang,1,2Shengtao Li,2Xichang Sun（1. Xi’an Electroceramic Research Institute Xi’an 7100772. State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power EquipmentXi’an Jiaotong University, Xi’an 710049Abstrct The reliability and protection level in conjunction with the reduced mass of the surge arresters are required for the surge arrestors developed for 1000kV AC transmission systems and ±800kV DC transmission systems. In this paper, research works on the improvement of the voltage gradient and energy-handling capability of the ZnO varistors are reviewed. The main methods to improve varistor voltage gradient (4.0kV/cm) and energy-handling capability (300J/cm3) of the ZnO varistors are presented.KeyWord: ZnO varistor, High varistor voltage gradient, High energy-handling capability, Direct Current, Research Progress1引言20世纪70年代末80年代初，日本、美国等国迅速获得了批量制备氧化锌阀片的技术，使氧化锌阀片的电气性能得以突破，从而广泛应用于高压电力系统，降低了金属氧化物避雷器（MOA）的保护水平[1-3]。
氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用
氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用压敏电阻是由在电子级ZnO 粉末基料中掺入少量的电子级Bi 2O 3、Co 2O 3、MnO 2、Sb 2O 3、TiO 2、Cr 2O 3、Ni 2O 3等多种添加剂，经混合、成型、烧结等工艺过程制成的精细电子陶瓷；它具有电阻值对外加电压敏感变化的特性，主要用于感知、限制电路中可能出现的各种瞬态过电压、吸收浪涌能量。
1 氧化锌压敏电阻电性能参数1.1 压敏电压U 1mA压敏电阻的电流为1mA 时所对应的电压作为I 随U 迅速上升的电压大小的标准，该电压用U 1mA 表示，称为压敏电压。
压敏电压是ZnO 压敏电阻器伏安曲线中预击穿区和击穿区转折点的一个参数，一般情况下是1mA （Φ5产品为0.1mA ）直流电流通过时，产品的两端的电压值，其偏差为±0.1%。
1.2 最大连续工作电压MCOV最大连续工作电压MCOV 指的是压敏电阻在应用时能长期承受的最大直流电压U DC 或最大交流电压有效值 U RMS 。
最大直流电压的值为80%~92%U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大直流电压；最大交流电压的值为60%~65% U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大交流电压。
1.3 漏电流 I L漏电流(mA)也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。
IEC 对漏电流 I L 较为普遍的定义是：环境温度25℃时，在压敏电阻上施加其所属规格的最大连续直流工作电压 U DC 时，流过压敏电阻的直流电流。
一般而言，在材料配方和烧结工艺固定的情况下，漏电流适中的压敏电阻具有较好的安全性和较长的寿命。
1.4 非线性指数α非线性指数α指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。
它是一个元件的电阻值是否随电压或电流变化和变化是否敏感的标志。
ZnO 压敏电阻器是一种非线性导电电阻。
压敏元件的原理及应用
压敏元件的原理及应用1. 什么是压敏元件？压敏元件（Varistor）是一种电子元件，常用于电路中来保护其他电子器件免受过电压的损害。
压敏元件可以通过改变其阻抗来吸收过电压，并将其转化为热量来保护其他器件。
压敏元件的外形通常是圆柱形或片状，其内部主要由氧化物陶瓷粉末和导电颗粒组成。
当电压低于其工作电压时，压敏元件的电阻很高，可以阻断电流，起到保护作用。
但当电压超过其工作电压时，压敏元件的电阻会迅速减小，以吸收过电压，并将其转化为热量。
2. 压敏元件的工作原理压敏元件基于氧化锌（ZnO）陶瓷的非线性电阻特性而工作。
当电压低于其工作电压时，氧化锌晶粒之间的界面存在阻抗，阻断了电流的流动。
这是因为氧化锌晶粒的导电性相对较差。
但当电压超过其工作电压时，电场会在氧化锌晶粒之间形成碘化锌（ZnI2）的线性电阻层，从而降低了整体电阻。
这使得电流可以通过压敏元件流过，吸收过电压。
压敏元件的工作原理可以简化为两个阶段：高电阻和低电阻。
这种切换是快速的，使压敏元件能够快速响应过电压，并消除其影响。
3. 压敏元件的应用压敏元件在电子领域有广泛的应用。
以下是几个常见的应用场景：3.1 过电压保护压敏元件最常见的应用是作为过电压保护器件。
在电路中，压敏元件通常连接在需要保护的器件之前，一旦电路中出现过电压，压敏元件会迅速降低电阻，吸收过电压，保护其他器件不受损坏。
3.2 瞬态电压抑制器（TVS）压敏元件还广泛用于电源和通信领域的瞬态电压抑制器（Transients Voltage Suppressor，TVS）。
在这些应用中，压敏元件起到了吸收电源线或通信线中的瞬态过电压的作用，保护电路中其他器件的安全。
3.3 器件防护压敏元件还可以用于保护其他器件的使用寿命。
例如，在电路中的电感器或变压器前面放置一个压敏元件，当电路中发生过电压时，压敏元件可迅速吸收过电压，从而减少对电感器或变压器等器件的损害。
3.4 防雷击由于压敏元件具有快速响应和高能耗能力，它们也常用于防雷击设备中。
氧化锌压敏电阻特性
电力电子• Power Electronics210 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】氧化锌压敏电阻 结构 特征 伏安特性现阶段氧化锌压敏电阻已经取得了很好的应用，在电力系统和电子系统的过压保护中发挥着重要的作用，但是在实际使用时有很大优化空间，比如氧化锌压敏电阻的老化判定可以进行优化处理，这样可以更好的对氧化锌压敏电阻的老化进行判定防止出现因为受潮而导致性能的老化。
针对这些可优化的空间，笔者对氧化锌压敏电阻的特性进行探讨，有着重要的现实意义。
1 氧化锌结构特征1.1 氧化锌晶体的结构研究氧化锌压敏电阻特性，首先要对氧化锌晶体进行研究。
氧化锌晶体是利用红锌矿为原料制作的金属氧化物，这种氧化物中既包括化学键又包括离子键，属于中间键型，氧化锌压敏电阻的这种独特的键形也就决定着其独有的特性。
氧化锌压敏电阻的基本结构是成六角排布的，并且在六角排布的中间有着很多的锌离子填充。
通常情况下，氧化锌压敏电阻有着三种构型，三种构型分包为六角、立方闪锌、立方岩盐矿等。
这三种结构是可以进行转换的。
1.2 氧化锌晶体结构的缺陷我们在对氧化锌压敏电阻的特质进行使用时，很少有人了解过这些能够被我们使用的特性来源于氧化锌压敏电阻中氧化锌晶体中的结构缺陷，这是这些缺陷使得氧化锌压敏电阻有了很多的电阻特性。
上文我们已经提到过氧化锌压敏电阻通常情况下有三种可以互相转换的构型，这些构型基本决定了他们的缺陷来源。
立方闪锌结构中有很大的孔隙，这些孔隙中不同的离子的扩散不同，有的离子的扩散系数比较高，就易于扩散，有的离子扩散系数低就不容易扩散，这些特性使得锌离子容易集中出现积聚的情况。
同时氧化锌压敏电阻中的晶体也会受到掺杂的杂质影响，这种杂质影响也会导致其内部结构出现缺陷，这种杂质影响的氧化锌压敏电阻特性文/谭智昭 王洋缺陷主要是呈现为空腔和空穴，这些空腔和空穴将会直接影响到氧化锌晶体的电子的流向，导致其载流子发生散射，使得载流体的迁移受到较大的影响。
氧化锌压敏电阻器
氧化锌压敏电阻器
主要是以氧化锌为主原料，添加多种少量金属氧化物，经成型烧结而成的陶瓷元件。
压敏电阻器是一种电压非线性器件，它有对称而陡峭的击穿持性，当很高的瞬时过电压加到电路上时，压敏电阻的阻抗从接近于开路的状态急剧变化到高导通状态，把瞬时过电压抑制到安全电压水平，因而电路中的脆弱的元件受到保护。
特点与用途：
1.电压范围宽
2.对过电压响应快
3.耐脉冲电流能力强
4.限制电压低
5.电压温度系数小
本压敏电阻器主要适用于电子电器设备以及电源的暧间过电压保护和浪涌吸收。
尤为适用电子电表智能电表，远程自动抄表系统及远程载波预付费抄表系统等的过电压保护和间接防雷用。
本产品通过UL，VDE，CSA，SGS认证。
压敏电阻器的尺寸单位：mm。
压敏电阻器及其应用
9.型号命名
• 以S20K420E2S5R7M3.5G2为例:
• S指圆片型压敏电阻.如该位为B,指模块型;为L,指压接型;为E指能量 型或避雷器阀片;为D指被银裸片;为A指包封时底部露瓷的片子. • 20指瓷片直径为20毫米. • K指压敏电压的容差为正负10%.如为J指正负5%;为S指特殊电压范围, 后面会以A或B或C加以区别. • 420指最大交流工作电压. • E2指高能量型,耐10千安8/20冲击;如无则为普通型,耐8千安8/20冲击. • S5指引脚形状为外弯型. • R7指引线间距为7.5毫米.如无则为正常型,引线间距为10毫米. • M3.5指引线长度为3.5毫米.如无则不做要求. • G2指卷带包装形式.如无则用纸盒子散装化锌压敏电阻器的组成
• 纯净的氧化锌陶瓷没有压敏特性,商用的 氧化锌压敏电阻器一般掺有氧化铋,氧化 锑,氧化钴和氧化锰等杂质. • 烧结后形成氧化锌相,富铋相,尖晶石相和 焦绿石相(焦绿石相烧结良好时不存在). • 氧化锌晶相位于晶粒体内,为很低电阻的 半导体;富铋相和尖晶石相位于晶粒交界 处.
10.应用
• 压敏电阻器应用时总是和被保护的元件或电路并联. • 发电厂发电机绕组,变压器,断路器,电感器的保护,输电线 路和配电系统的保护.一般用能量型压敏电阻器组装成的 避雷器. • 各种马达和电机的保护.型号选用视大小而定. • 各种电源的保护.一般用模块型或压接型或用圆片型. • 信号线的保护.一般用圆片型或多层片式. • 端口的保护.一般用圆片型或多层片式. • 集成电路的静电防护.多层片式.
1.氧化锌压敏电阻器
• 压敏电阻器是一种对电压很敏感的电阻 器,是半导体敏感陶瓷元件的一种. • 目前实用的压敏电阻器有氧化锌系,碳化 硅系和钛酸锶系,其中氧化锌压敏电阻器 用途最广.
氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用
氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用压敏电阻是由在电子级ZnO 粉末基料中掺入少量的电子级Bi 2O 3、Co 2O 3、MnO 2、Sb 2O 3、TiO 2、Cr 2O 3、Ni 2O 3等多种添加剂，经混合、成型、烧结等工艺过程制成的精细电子陶瓷；它具有电阻值对外加电压敏感变化的特性，主要用于感知、限制电路中可能出现的各种瞬态过电压、吸收浪涌能量。
1 氧化锌压敏电阻电性能参数1.1 压敏电压U 1mA压敏电阻的电流为1mA 时所对应的电压作为I 随U 迅速上升的电压大小的标准，该电压用U 1mA 表示，称为压敏电压。
压敏电压是ZnO 压敏电阻器伏安曲线中预击穿区和击穿区转折点的一个参数，一般情况下是1mA （Φ5产品为0.1mA ）直流电流通过时，产品的两端的电压值，其偏差为±0.1%。
1.2 最大连续工作电压MCOV最大连续工作电压MCOV 指的是压敏电阻在应用时能长期承受的最大直流电压U DC 或最大交流电压有效值 U RMS 。
最大直流电压的值为80%~92%U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大直流电压；最大交流电压的值为60%~65% U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大交流电压。
1.3 漏电流 I L漏电流(mA)也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。
IEC 对漏电流 I L 较为普遍的定义是：环境温度25℃时，在压敏电阻上施加其所属规格的最大连续直流工作电压 U DC 时，流过压敏电阻的直流电流。
一般而言，在材料配方和烧结工艺固定的情况下，漏电流适中的压敏电阻具有较好的安全性和较长的寿命。
1.4 非线性指数α非线性指数α指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。
它是一个元件的电阻值是否随电压或电流变化和变化是否敏感的标志。
ZnO 压敏电阻器是一种非线性导电电阻。
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压敏电阻氧化锌应用
压敏电阻是一种电阻器件，具有电阻值可变、稳定性好、工作高速等
特点。
常用的压敏电阻材料为氧化锌。
这种材料具有与电场强度成正
比的电阻特性，可以在电子电路中起到稳压、抑制噪声等作用。
氧化锌压敏电阻在电子行业中有广泛的应用。
其主要用途是保护电路
免受电压峰值和瞬时过电压的损害。
在通信设备、计算机、汽车电子、家用电器等领域中，它们的应用非常广泛。
另外，氧化锌压敏电阻还
可以用于感应器、温度传感器和微波电路中。
在汽车电子工业中，氧化锌压敏电阻可以通过吸收电能的方式保护整
个车辆电路免受瞬间高电压的损害。
在通信领域中，该电阻器件也具
有很重要的作用。
它可以在线路电路的传输中起到起波作用，并且可
以消除因传输所引起的噪声，保证通信的质量。
此外，氧化锌压敏电阻还广泛应用于化工、电子、电气、仪表和机械
等行业，因为它可以承受较高的温度、湿度和腐蚀性环境的影响。
它
们可以用作电磁兼容滤波器、稳压器、保险丝、发光二极管保护、放
电管和其他电子元件等。
总的来说，氧化锌压敏电阻在电子电路中的应用非常广泛，具有很高
的性能和可靠性。
它们能够提高电路的稳定性，保障整个电路系统的正常运行。
随着科技的发展，压敏电阻的应用领域也会不断地扩大和深入。