氧化鋅壓敏電阻片加速老化的試驗方法和得到的試驗結果不盡相同。在老化機理的研究中一般可以用加速老化試驗時功率損耗隨時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結果,可以將閥片功率損耗隨時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,或試驗溫度特別高,一般高于160℃時,功耗隨時間急劇上升,很快導致發生熱崩潰。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[14]。

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

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

這些不司類型的現象在一些文獻報導中還有不少試驗結果可以驗證，如文獻[14]。

對類型1很快導致熱崩潰的機理可以解釋如下;閥片質量較差時,閥片的晶界勢壘將較低,在較高的電壓作用下,這將產生較大的陽性電流和功率損耗,導致熱破壞。對這種情況，當施加電壓的荷電率較高,或試驗溫度較高時,由于非線性電阻的負溫度系數,更容易使閥片本身發熱和散熱之間的熱平衡被破壞,很快導致熱崩潰。

對類型2的老化試驗結果的機理可以解釋如下:所施加的電壓和溫度不足以導致閥片很快的熱破壞。在老化試驗開始時,在靠近肖特基勢壘界面的地方存在的填隙鋅離子在施加電壓的作用下,能較快地到達界面與鋅空穴反應生成中性鋅缺陷,引起肖特基勢壘降低較快,使電流增加較快,對應的功耗也增加較快。經過一段時間以后,靠近勢壘界面的填隙鋅離子減少,只能依靠緩慢地從ZnO晶粒內部離勢壘界面較遠的地方遷移填隙鋅離子,因此肖特基勢壘的降低過程也變得緩慢,功耗只能緩慢增加。當晶界勢壘降低時,閥片的拐點電壓也降低,造成閥片U-7特性的漂移。當勢壘降低到某一個值時,閥片老化發展到新的階段,阻性電流和功率損耗快速增加,引起閥片的熱破壞。

對類型3可以解釋為:當試驗溫度很高,大于100℃時,試驗過程中,閥片一方面存在老化現象,另一方面存在一定的熱處理的作用。熱處理過程將導致閥片內不穩定因素填隙鋅離子的減少，使老化速度變慢;同時也分解老化過程生成的中性離子,使勢壘高度升高。因此開始時距離界面勢壘較近處容易遷移到勢壘界面，可能老化過程快于熱處理過程;當界面附近的填隙鋅離子基本上遷移到一定程度后,內部較遠處的填隙鋅離子遷移速度較慢,這時熱處理的速度有可能快于老化速度,促使功耗曲線下降;最后當兩個過程達到平衡時,功耗趨于穩定值。

以上對ZnO閥片老化試驗結果進行了初步的分析和探討。主要是基于離子遷移導致肖特基勢壘改變的老化機理。由于老化是一個長期緩慢變化的復雜過程,在試驗中還存在個別試驗結果和一般老化試驗結果不一致的異常現象,老化機理研究還有待進一步深化。

審核編輯 黃宇