高能氧化锌电阻片加速老化试验曲线和老化机理%生产测试过程

氧化锌压敏电阻片加速老化的试验方法和得到的试验结果不尽相同。在老化机理的研究中一般可以用加速老化试验时功率损耗随时间的变化来衡量老化性能。分析我们的以及大量国外研究者的试验结果,可以将阀片功率损耗随时间变化的特性大致分为三种不司的类型:

类型1:阀片本身的性能较差,或施加电压的荷电率很高，般q≥0.9,或试验温度特别高,一般高于160℃时,功耗随时间急剧上升,很快导致发生热崩溃。典型的功率损耗急剧变化曲线如图4.22的曲线1、图4.20中的曲线1,2和3以及图4.25中的曲线所示,后者引自文献[14]。

类型2:施加的荷电率较高,一般不大于0.9,加速老化试验温度一般不超过100℃,功率损耗与时间的关系基本上是先较快增加,然后是缓慢增加,最后为快速增加,出现热破坏。这一类型的典型的老化特性如图4.21所示,实际试验中得到图4.20中的曲线4和5及图4.25 中的曲线5。

类型3:荷电率和试验温度均较低,功耗与时间的关系一般是先增加,然后降低,缓慢趋于稳定值,如图4.25中的曲线2,3和4所示。

这些不司类型的现象在一些文献报导中还有不少试验结果可以验证，如文献[14]。

对类型1很快导致热崩溃的机理可以解释如下;阀片质量较差时,阀片的晶界势垒将较低,在较高的电压作用下,这将产生较大的阳性电流和功率损耗,导致热破坏。对这种情况，当施加电压的荷电率较高,或试验温度较高时,由于非线性电阻的负温度系数,更容易使阀片本身发热和散热之间的热平衡被破坏,很快导致热崩溃。

对类型2的老化试验结果的机理可以解释如下:所施加的电压和温度不足以导致阀片很快的热破坏。在老化试验开始时,在靠近肖特基势垒界面的地方存在的填隙锌离子在施加电压的作用下,能较快地到达界面与锌空穴反应生成中性锌缺陷,引起肖特基势垒降低较快,使电流增加较快,对应的功耗也增加较快。经过一段时间以后,靠近势垒界面的填隙锌离子减少,只能依靠缓慢地从ZnO晶粒内部离势垒界面较远的地方迁移填隙锌离子,因此肖特基势垒的降低过程也变得缓慢,功耗只能缓慢增加。当晶界势垒降低时,阀片的拐点电压也降低,造成阀片U-7特性的漂移。当势垒降低到某一个值时,阀片老化发展到新的阶段,阻性电流和功率损耗快速增加,引起阀片的热破坏。

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对类型3可以解释为:当试验温度很高,大于100℃时,试验过程中,阀片一方面存在老化现象,另一方面存在一定的热处理的作用。热处理过程将导致阀片内不稳定因素填隙锌离子的减少，使老化速度变慢;同时也分解老化过程生成的中性离子,使势垒高度升高。因此开始时距离界面势垒较近处容易迁移到势垒界面，可能老化过程快于热处理过程;当界面附近的填隙锌离子基本上迁移到一定程度后,内部较远处的填隙锌离子迁移速度较慢,这时热处理的速度有可能快于老化速度,促使功耗曲线下降;最后当两个过程达到平衡时,功耗趋于稳定值。

以上对ZnO阀片老化试验结果进行了初步的分析和探讨。主要是基于离子迁移导致肖特基势垒改变的老化机理。由于老化是一个长期缓慢变化的复杂过程,在试验中还存在个别试验结果和一般老化试验结果不一致的异常现象,老化机理研究还有待进一步深化。

审核编辑 黄宇