氧化鋅壓敏電阻片加速老化的試驗(yàn)方法和得到的試驗(yàn)結(jié)果不盡相同。在老化機(jī)理的研究中一般可以用加速老化試驗(yàn)時(shí)功率損耗隨時(shí)間的變化來衡量老化性能。分析我們的以及大量國外研究者的試驗(yàn)結(jié)果,可以將閥片功率損耗隨時(shí)間變化的特性大致分為三種不司的類型:

類型1:閥片本身的性能較差,或施加電壓的荷電率很高，般q≥0.9,或試驗(yàn)溫度特別高,一般高于160℃時(shí),功耗隨時(shí)間急劇上升,很快導(dǎo)致發(fā)生熱崩潰。典型的功率損耗急劇變化曲線如圖4.22的曲線1、圖4.20中的曲線1,2和3以及圖4.25中的曲線所示,后者引自文獻(xiàn)[14]。

類型2:施加的荷電率較高,一般不大于0.9,加速老化試驗(yàn)溫度一般不超過100℃,功率損耗與時(shí)間的關(guān)系基本上是先較快增加,然后是緩慢增加,最后為快速增加,出現(xiàn)熱破壞。這一類型的典型的老化特性如圖4.21所示,實(shí)際試驗(yàn)中得到圖4.20中的曲線4和5及圖4.25 中的曲線5。

類型3:荷電率和試驗(yàn)溫度均較低,功耗與時(shí)間的關(guān)系一般是先增加,然后降低,緩慢趨于穩(wěn)定值,如圖4.25中的曲線2,3和4所示。

這些不司類型的現(xiàn)象在一些文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)中還有不少試驗(yàn)結(jié)果可以驗(yàn)證，如文獻(xiàn)[14]。

對(duì)類型1很快導(dǎo)致熱崩潰的機(jī)理可以解釋如下;閥片質(zhì)量較差時(shí),閥片的晶界勢(shì)壘將較低,在較高的電壓作用下,這將產(chǎn)生較大的陽性電流和功率損耗,導(dǎo)致熱破壞。對(duì)這種情況，當(dāng)施加電壓的荷電率較高,或試驗(yàn)溫度較高時(shí),由于非線性電阻的負(fù)溫度系數(shù),更容易使閥片本身發(fā)熱和散熱之間的熱平衡被破壞,很快導(dǎo)致熱崩潰。

對(duì)類型2的老化試驗(yàn)結(jié)果的機(jī)理可以解釋如下:所施加的電壓和溫度不足以導(dǎo)致閥片很快的熱破壞。在老化試驗(yàn)開始時(shí),在靠近肖特基勢(shì)壘界面的地方存在的填隙鋅離子在施加電壓的作用下,能較快地到達(dá)界面與鋅空穴反應(yīng)生成中性鋅缺陷,引起肖特基勢(shì)壘降低較快,使電流增加較快,對(duì)應(yīng)的功耗也增加較快。經(jīng)過一段時(shí)間以后,靠近勢(shì)壘界面的填隙鋅離子減少,只能依靠緩慢地從ZnO晶粒內(nèi)部離勢(shì)壘界面較遠(yuǎn)的地方遷移填隙鋅離子,因此肖特基勢(shì)壘的降低過程也變得緩慢,功耗只能緩慢增加。當(dāng)晶界勢(shì)壘降低時(shí),閥片的拐點(diǎn)電壓也降低,造成閥片U-7特性的漂移。當(dāng)勢(shì)壘降低到某一個(gè)值時(shí),閥片老化發(fā)展到新的階段,阻性電流和功率損耗快速增加,引起閥片的熱破壞。

對(duì)類型3可以解釋為:當(dāng)試驗(yàn)溫度很高,大于100℃時(shí),試驗(yàn)過程中,閥片一方面存在老化現(xiàn)象,另一方面存在一定的熱處理的作用。熱處理過程將導(dǎo)致閥片內(nèi)不穩(wěn)定因素填隙鋅離子的減少，使老化速度變慢;同時(shí)也分解老化過程生成的中性離子,使勢(shì)壘高度升高。因此開始時(shí)距離界面勢(shì)壘較近處容易遷移到勢(shì)壘界面，可能老化過程快于熱處理過程;當(dāng)界面附近的填隙鋅離子基本上遷移到一定程度后,內(nèi)部較遠(yuǎn)處的填隙鋅離子遷移速度較慢,這時(shí)熱處理的速度有可能快于老化速度,促使功耗曲線下降;最后當(dāng)兩個(gè)過程達(dá)到平衡時(shí),功耗趨于穩(wěn)定值。

以上對(duì)ZnO閥片老化試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了初步的分析和探討。主要是基于離子遷移導(dǎo)致肖特基勢(shì)壘改變的老化機(jī)理。由于老化是一個(gè)長(zhǎng)期緩慢變化的復(fù)雜過程,在試驗(yàn)中還存在個(gè)別試驗(yàn)結(jié)果和一般老化試驗(yàn)結(jié)果不一致的異常現(xiàn)象,老化機(jī)理研究還有待進(jìn)一步深化。

審核編輯 黃宇