ZnO壓敏電阻的基本特性與微觀結構

1、 本文由blue_sailor貢獻 pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 壓敏電阻的基本特性與微觀結構 Basic characteristic and microstructure of ZnO varistors 季幼章 中國科學院等離子體物理研究所合肥 摘要： ZnO 壓敏電阻是一種電阻值對外加電壓敏感的半導體敏感元件，主要功能是辨別和限制瞬態(tài)過電壓，反復使用不損壞。ZnO 壓敏電阻的基本特性包括電學特性、物理特性和化學特性。微觀結構是體現(xiàn)這些性質的媒介，是 ZnO 壓敏電阻的基礎。 關鍵詞： ZnO 壓敏電阻；電學性質；物理特性；化學特性

2、；微觀結構 引言 壓敏電阻是半導體電子陶瓷器件，主要功能是 識別和限制瞬態(tài)過電壓，反復使用而不損壞。它的電流 （）電壓（）特性是非線性的，與穩(wěn)壓二極管相似。 但與二極管不同，壓敏電阻能限制的過電壓在兩個極性上 相等，于是呈現(xiàn)的 特性很象兩個背對背的二極管。 壓敏電阻能用于交流和直流電場，電壓范圍從幾伏到幾千 伏，電流范圍從毫安到幾千安。壓敏電阻還附加有高能量 吸收能力的特性，范圍從幾焦耳到幾千焦耳。它的通用性 使得壓敏電阻在半導體工業(yè)和電力工業(yè)都有應用。 壓敏電阻是用半導體粉末和其它氧化物粉末 如：、等經過混合、壓型和燒 結工藝而制成。得到的產品是具有晶界特性的多晶陶瓷， 這一邊界特性決定了壓

3、敏電阻的非線性特性。 壓敏電阻的基本特性包括電學特性、物理特性和 化學特性。微觀結構是體現(xiàn)這些性質的媒介，是壓敏 電阻的基礎。 敏電阻的作用接近于絕緣體，此后它的作用相當于導體。 對設計者關注的電學特性，是它在導電過程的非線或非歐 姆特性，以及它作為電阻時，正常工作電壓下的低泄漏電 流（功率損耗）。這些特性能夠用曲線的三段重要區(qū)域來 說明。 圖在寬電流密度和電場范圍上的典型曲線 2.1.1 小電流線性區(qū) 壓敏電阻的基本特性 2.1 ZnO 壓敏電阻的電性質 壓敏電阻最重要的性質是它的非線性特性， 如圖所示。在功能上，在達到給定的擊穿電壓之前，壓 在這一范圍內（ ）， 特性是歐姆性 的，定義為預

4、擊穿區(qū)。對于給定的工作電壓，交流電比直 流電流大約高二個數(shù)量級。這一差別被認為是交流電壓應 用時介電損耗的作用。全電流是由容抗電流（）和電阻 電流（）合成，并且是由的晶粒邊界決定的。 SEMICONDUCTOR COMPONENTS APPLICATION 2008年06月 133 2.1.2 中間的非線性區(qū)域 中間電流非線性區(qū)，對于電壓的一個小增量，壓敏電 阻傳導一個格外大的電流。該非線性區(qū)可以在電流的個 數(shù)量級上擴展。正是這一在寬電流強度上的高非線性，使得 壓敏電阻與其它非線性器件有重大的差別，并使其應用 于多種用途。這一區(qū)域的曲線越陡，器件就越好。 發(fā)現(xiàn)添加 基本上形成非歐姆特性。但是添

5、加 像和過渡氧化物也能增強非線性。同樣，像 、和等組合成多元摻雜劑 能比用單一摻雜劑大大增加其非線性。同樣，增加摻雜劑 濃度至某一最佳量也顯示出增加其非線性行為。 （ 、 ）和外來原子（ 和）， 和 分別代 表所有外來的施主和受主原子（可以是、等）。 根據對 中缺陷平衡的研究，證明了由缺陷向邊 界層不相等的遷移能夠形成缺陷引起勢壘。它表明一個高 的施主雜質（ ），當從燒結溫度冷卻時， 晶粒邊界變得富集鋅空位（受主）而缺少氧空位 （施主）（見圖）。這種摻雜產生了晶粒邊界處鋅空位 過剩和氧空位的不足，這種情況提高了勢壘（勢 壘高度），同時有效地消除了在晶粒邊界處分離 界面層的需要。 2.1.3 大

6、電流翻轉區(qū) 在大電流區(qū)域（ ）， 特性又呈線性， 與小電流區(qū)域相似，電壓隨電流的上升比非線性區(qū)塊。該 區(qū)域還稱為翻轉區(qū)。此區(qū)域受 微結構中晶粒電阻的 控制。于是添加已知能控制 晶粒電阻的摻雜劑（如 、等），其結果對大電流翻轉特性有很大影響。 為了表征壓敏電阻，希望測定全部三個區(qū)的 特性。但由于所涉及的電流范圍寬，對所有區(qū)域不可能使 用相同的測試工藝。通常對小于的特性是 用直流或的交流測定，對大于的特性用 具有上升峰值時間為的典型波形和的半峰值衰 減時間的脈沖電流（即所說的×波形）測定。 2.2 ZnO 壓敏電阻的物理特性 壓敏電阻的非線性是一種晶粒邊界現(xiàn)象，即在相 鄰晶粒耗盡層中存在

7、多數(shù)電荷載流子（電子）的勢壘。認 為肖特基勢壘最像微結構中晶粒邊界勢壘。晶粒邊界 上的負表面電荷（電子捕獲）是由晶界面兩側晶粒的耗盡 層的正電荷來補償?shù)?。熱電子發(fā)射和隧道效應是主要的傳 輸機制。 最近發(fā)展的壓敏電阻勢壘的晶粒邊界缺陷模型在改進 穩(wěn)電壓應力下，壓敏電阻的穩(wěn)定性上取得了很大進展。 圖純的和非本征摻雜晶粒邊界區(qū)氧空 位和鋅空位濃度部面 壓敏電阻的微觀結構 3.1 多種的相組成 壓敏電阻的微觀結構分析發(fā)現(xiàn)，形成的四個主要 成分是、尖晶石、焦綠石和一些富相（圖）。圖 中也指明了組分存在的部位，還存在一些用現(xiàn)有技術尚不 易檢測出來的其它次要相。 壓敏電阻的典型晶粒尺寸在和之間， 并且也總是

8、伴有雙晶。的存在抑制晶粒生長，而 和則加速晶粒長大。尖晶石和焦綠石相對晶粒長大有 抑制作用。焦綠石相在低溫時起作用，而尖晶石相在高溫 時有利。當用鹽酸浸蝕晶粒時，中間相呈現(xiàn)出在電性上絕 緣的三維網絡。 燒結形成的晶粒是壓敏電阻的基本構成單 2.3 ZnO 壓敏電阻的化學特性 純是具有線性特性的非化學計量型半導 體。進入 中的各種添加物使其具有非線性。這些氧 化物中主要是 。這些氧化物的引入，在晶粒和晶粒 邊界處形成原子缺陷，施主或類施主缺陷支配著耗盡層， 而受主和類受主缺陷支配著晶粒邊界狀態(tài)。相關的缺陷類 型是鋅空位（ 、 ）、氧空位（ 、 ）、填隙鋅 134 SEMICONDUCTOR CO

9、MPONENTS APPLICATION 2008年06月 受晶粒邊界電阻和電容控制。 （） 在曲線為一端，大電流線性 區(qū)（），被驗證是受晶粒的電 阻控制的。 （） 對各種應用最重要的區(qū)域，中部 非線性區(qū)，受晶粒邊界和晶粒間的電阻 差別的間接控制。 3.2.3 勢壘電勢與微觀結構聯(lián)系 壓敏電阻勢壘電勢（） （）（） （）（） 式中非線性電壓 每厘米的晶粒數(shù) 每厘米的邊界厚度 這樣，壓敏電阻的晶粒（） 圖各種晶相組成的壓敏電阻的微觀結構成分 （） 位。在燒結過程中，各種化學元素在微觀結構中的分布， 使得近晶粒邊界區(qū)域具有高阻抗（ ·cm），而 晶粒的中間具有高電導（110 ·

10、cm）。從圖 1 給出 的曲線的斜率能估算這些阻抗特性。 3.2 微觀結構和電特性 圖給出了微觀結構和電特性略圖。圖（）給出了晶 粒和晶界電阻的表觀略圖。從晶粒邊界到晶粒的電位陡降 圖（）發(fā)生在的距離內，稱為耗盡層。這樣， 在每個晶粒邊界處都存在晶粒邊界向兩側延展入相鄰晶粒 的耗盡層。晶粒間存在耗盡層提高了壓敏電阻的作用。 晶粒邊界兩側兩個耗盡層的存在，使得 壓敏電 阻對極性變化不敏感。在這一方面，壓敏電阻像一個背對 背的二極管。進一步說，由于晶粒邊界附近區(qū)域的電子被 耗盡，當施加外電壓時，跨在晶粒邊界上出現(xiàn)一電壓降。 這被稱作勢壘電勢，一般是（每晶粒邊界）。 3.2.1 等效電路 在圖 （）

11、 所示的等效電路中，這一電路由一個電阻 （）和一個電容（）分量組成。當在預擊穿區(qū)給 壓敏電阻施加一電壓時，流過器件的漏電流完全是起源于 晶粒邊界。在交流模式時，這個電流由電阻分量和電容分 量組成。 圖微觀結構和電特性略圖 （）耗盡層處的電阻剖面； 3.2.2 微觀結構和電特性關系 （）小電流擊穿前線性區(qū)域（），被驗證是 （）晶粒與晶粒邊界處的電阻曲線； （）晶粒邊界處的等效電路。 SEMICONDUCTOR COMPONENTS APPLICATION 2008年06月 135 是作為在時記錄的擊穿電壓的度量， 是人為選擇的（見圖）。 由于晶粒邊界處存在耗盡層，則表現(xiàn)出介電常數(shù)是受 晶粒尺寸影

12、響，其值隨晶粒尺寸的增大而提高。表觀晶粒 邊界電容為每晶粒邊界。 據，對改進配方、優(yōu)選工藝、組織生產、分析質量將起到 重要指導作用。 參考文獻 1 T.KGupta.J.Amer.Ceram.Soc.,1990,73(7),18171840 2 Jan Harloff, D. Bonnell. Physical Properties of Ceramics(ZincOxideVaristor)doctoralthesis.1995 3 Mattias Elfwing. Comprehensive Summaries of Uppsala Dissertations from the Facul

13、ty of Science and Technology 686, ACTA universities UPSALIENSIS UPPSALA2002 4 莫以豪, 李標榮, 周國良. 半導體陶瓷及其敏感元件. 上 海:上?？茖W技術出版社1983年10月 結論 壓敏電阻具有特殊的非線性特性，是所有壓敏 電阻元件中，也是所有敏感元件中研究得最多，發(fā)展得最 快應用得最廣之一。壓敏電阻的基本特性包括電學性 質、物理特性和化學特性。微觀結構是體現(xiàn)這些性質的媒 介，決定了壓敏電阻的許多性質，是壓敏電阻 的基礎。微觀結構分析給壓敏電阻的特性分析提供依 新聞信息發(fā)布服務 半導體器件應用電壓敏器件專欄旨在提供

14、電壓敏行業(yè)市場及技術資訊，服務電壓敏行業(yè)企業(yè)，促進產 業(yè)上中下游產業(yè)鏈間的交流互動，推動電壓敏產業(yè)的健康發(fā)展。 電壓敏器件專欄為行業(yè)企業(yè)（廠商）提高免費新聞信息發(fā)布服務，您公司的重要活動、重大事件、重大發(fā)展成果、 新產品、新應用等（即貴公司需向外發(fā)布的任何信息），均可透過本專欄對外發(fā)布。 編輯部的公正性 與其他專業(yè)出版機構相同，大比特商務網、國際電子變壓器編輯內容與廣告絕對無關。編輯內容是為了滿足 讀者對信息的需求。編輯部對收到的新聞稿有權作出修改或刪節(jié)，讀者的需要和信息的價值是選擇依據。 如果您不善于撰寫新聞稿，也可以預約本刊記者協(xié)助您采寫、編撰、潤飾或是修改新聞稿的內容，讓您的新聞稿 更有

15、其專業(yè)及說服力，也更能夠被其他媒體或新聞人員所采用或引用。 新聞格式要求 電子郵件新聞稿要求提供純文本格式（）或（）格式文件。電子郵件發(fā)送的圖片和照片最好提 供、和格式文件。此外，也可以利用磁盤或格式磁盤提交電子圖片文件。 提交產品和公司新聞或預約記者采訪。您也可通過下于是導線間存在分布電容效應； 由于導線間絕緣不完善而存在漏電流，表明導線間處處有分布電導。 頻率低時，這些分布參數(shù)效應完全可以忽略不計，所以低頻只考慮時間因子而忽略空間效應， 因而把低頻電路當作集中參數(shù)電路來處理是允許的。但是，頻率升高后，分布參數(shù)引起的效應不能 再忽視了；傳輸線不能僅當作連接線，它將形成分布參數(shù)電路，參與并影響

16、電壓和電流的傳輸。因 而傳輸線在電路中所引起的效應必須用傳輸線理論來研究和表述。 我們用 R1,L1,C1,G1 分別表示傳輸線單位長度的電阻，電感，電容和電導，它們的數(shù)值與傳輸線 類型、截面尺寸、導體材料、填充介質等有關。 假設均勻傳輸線上取任一無限小線元 dz(dz<<),則線元上都分布有一定大小的電阻 R1dz 和電 感 L1dz;此線元間都分布有一定大小的電容 C1dz 和電導 G1dz。在此無限小線元上，我們可以把它看 成一集中參數(shù)電路，其集中電阻、電感、電容和電導，分別為 R1dz，L1dz，C1dz 和 G1dz，可用形 網絡來等效（也可用 T 形或形網絡來等效） ，

17、如圖 1-2（a）所示。整個傳輸線則可看成是有許多 線元的四端網絡鏈聯(lián)而成的分布參數(shù)電路，如圖 1-2（b）所示。對于無耗線（R1=0,G1=0） ，其等效 電路，如圖 1-2（c）所示。 Eg dz Z1 Rg Eg R1dz L1dz Rg G1dz C1dz Z1 （a） 第 2 頁 共 43 頁 廣東移動培訓資料 （b） Z1 （c） 圖 1-2 傳輸線的等效電路 （a）等效電路； （b）分布參數(shù)電路； （c）無耗線等效電路 有了上述等效電路，就容易解釋傳輸線上的電壓、電流不相同的現(xiàn)象。參看圖1-2（b） ，由于aa和 bb之間有串聯(lián)電阻存在，兩處的阻抗不相等，因而兩處的電壓也不想等；

18、由于線間并聯(lián)回路的存在， 通過a和b點的電流也不相同。同時還可以看出，當接通電源后，電源通過分布電感逐次向分布電容充電， 并形成向負載傳輸?shù)碾妷翰ê碗娏鞑ā＞褪钦f，電壓和電流是以波的形式在傳輸線上傳輸，并將能量或 信號從電源傳送至負載。 射頻傳輸線 傳輸線終端短路 1.1.2 射頻傳輸線終端短路 當射頻傳輸線終端短路時信號為全反射。 電壓反射系數(shù) = ZL ? Z O 反射點的反射電壓 = ?1 = ?1 ，電壓反射系數(shù) = ZL + ZO 反射點的入射電壓 Vmax 1 + = = （無窮大） Vmin 1 ? 即電壓駐波比 VSWR = 第 3 頁 共 43 頁 廣東移動培訓資料 無耗短路

19、線的駐波特性 射頻傳輸線 傳輸線終端開路 1.1.3 射頻傳輸線終端開路 當射頻傳輸線終端開路時，信號為全反射。 1+ 電壓反射系數(shù) = 1 ， 即電壓駐波比 VSWR = Vmax = = （無窮大） Vmin 1 ? 無耗開路線的駐波特性 無耗開路線的駐波特性 開路線的駐波 1.1.4 射頻傳輸線終端完全匹配 當射頻傳輸線終端阻抗 ZL 完全等于傳輸線特性阻抗 Z0 時，信號無反射，電壓反射系數(shù) =0， 即電壓駐波比 VSWR = Vmax 1 + = = 1.為行波狀態(tài)。 Vmin 1 ? 第 4 頁 共 43 頁 廣東移動培訓資料 1.1.5 射頻傳輸線終端不完全匹配 當射頻傳輸線阻抗

20、 ZL 不完全等于傳輸線特性阻抗 Z0 時，信號有局部反射，電壓反射系數(shù) 0< <1。 電壓駐波比 VSWR = Vmax 1 + = = V. （工程時控制在1 1.5之間）。 Vmin 1 ? 電壓駐波比在工程上常用回波損耗 RL 表示，對應關系如下表： 電壓駐波比 VSWR 回波損耗 RL（dB） 相應公式 R L = 20lg V +1 （dB）。 . V -1 1.2 21 1.25 19 1.5 14 1.1.6 1.1.6 電壓駐波分布g/2，電壓的最大點對應于電流的最小點，反之，電壓的最小 點對應于電流的最大點。 o 2.如終端開路，短路或為純電抗，則沿線電壓和電流

21、間相角差為 90 ，如終端為一阻抗，則沿線的電 o 壓電流之間的相角差不是 90 ， 而且沿途變化。 在最大點或最小點處， 電壓電流同相， 輸入電阻是純電阻； 在電壓最大處的輸入電阻為最大電阻，電壓最小點的電阻為最小電阻。 第 5 頁 共 43 頁 廣東移動培訓資料 圖 1-3 在各種反射系數(shù)下的電壓駐波分布 1.1.7 1.1.7 射頻各種饋線 1）平行雙線 第 6 頁 共 43 頁 廣東移動培訓資料 Z0= L1 = 276 C1 r lg 2 D d （? ） r 為介質的介電常數(shù) 趨膚效應顯著； 輻射損耗增加； 支撐物損耗增加。 2）同軸線 Z0= 138 L1 = r C1 lg(

22、b ) a (?) 同軸線封閉，無輻射 3）帶狀線，又稱三板線、板線或介質夾層線 帶狀線的結構及場分布 4）同軸線向帶狀線演化 第 7 頁 共 43 頁 廣東移動培訓資料 5）微帶線 微帶線的結構及電磁場分布 這是一種非對稱性雙導體平面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)，它具有一個中心導體帶條和一個接地板，可以看成是由平 行雙線演變而來的，在雙導體中間放一導體平面構成鏡像，再去掉一根圓柱導體就變成微帶線，如下圖： 第 8 頁 共 43 頁 廣東移動培訓資料 1.1.8 1.1.8 從低頻的集中參數(shù)的諧振回路向射頻圓柱形諧振腔過渡 1.2 無線電頻段和波段命名 無線電頻譜可劃分為如下 12 個頻段 （見表 1.1）頻率的

23、單位是赫茲或周秒， 。 還可以使用千赫 （kHz） 、 兆赫（MHz） 、吉赫（GHz）表示。 表 1.1 無線電頻段和波段命名 段 號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 頻 段 名 稱 極低頻（ELF） 超低頻（SLF） 特低頻（ULF） 甚低頻（VLF） 低 中 高 頻（LF） 頻（MF） 頻（HF） 頻 率 范 圍 （含上限、不含下限） 330 赫 30300 赫 3003000 赫 330 千赫 30300 千赫 （Hz） （Hz） （Hz） （kHz） （kHz） 波 段 名 稱 極長波 超長波 特長波 甚長波 長 中 短 米 波 波 波 波 波 長 范 圍 （含

24、下限、不含上限） 10010 兆米 101 兆米 (Mm) (Mm) 1000100 千米 (km) 10010 千米 101 千米 1000100 米 10010 米 101 米 101 分米 101 厘米 微波 101 毫米 101 絲米 (km) (km) (m) (m) (m) (dm) (cm) (mm) (dmm) 3003000 千赫 （kHz） 330 兆赫 （MHz） 甚高頻（VHF） 特高頻（UHF） 超高頻（SHF） 極高頻（EHF） 至高頻 30300 兆赫 （MHz） 3003000 兆赫（MHz） 330 吉赫 （GHz） 分米波 厘米波 毫米波 絲米波 30300

25、 吉赫 （GHz） 3003000 吉赫（GHz） 1.3 移動通信系統(tǒng)使用頻段 ITU 以及各國家無線電主管部門為移動業(yè)務劃分和分配了多個頻段?？紤]到無線電波傳播的特點， 移動業(yè)務使用的頻段主要都在 3GHz 以下。 確定移動通信工作頻段可從以下幾方面來考慮：電波傳播特性；環(huán)境噪聲及干擾的影響；服 務區(qū)范圍、地形和障礙物影響以及建筑物的滲透性能；設備小型化；與已經開發(fā)的頻段的干擾協(xié)調 和兼容性；用戶需求及應用的特點。根據 ITU 的規(guī)定，在 5GHz 以下，劃分給陸地移動業(yè)務的主要頻率 范圍列于表 1.2。 表 1.2 ITU 5GHz 以下陸地移動通信的主要頻率范圍（MHz） 以下陸地移動

26、通信的主要頻率范圍（ ） 第 9 頁 共 43 頁 廣東移動培訓資料 29.747 6874.8 138144 156.8375174 4750 （與廣播共用） 75.287 148149.9 174223 （與廣播共用） 335.4399.9 470960 （與廣播共用） 17002690 406.1430 14271525 35004200 440470 1668.41690 44005000 我國移動通信使用頻段的規(guī)劃原則上參照國際的劃分規(guī)劃，如 我 國 正 在 大 量 使 用 的 150MHz、 350 MHz、450MHz、800MHz、900MHz，以及 1.8GHz 等頻段。其中

27、： 150MHz 頻段 138MHz149.9MHz；150.05MHz167MHz 280MHz 頻段 279MHz281MHz 450MHz 頻段 403MHz420MHz；450MHz470MHz 800MHz 頻段 806MHz821MHz/851MHz866MHz 821 MHz825 MHz/866MHz870MHz 825MHz835MHz/870MHz880MHz 840MHz843MHz 900MHz 頻段 885MHz915MHz/930MHz960MHz 915MHz917MHz （無線尋呼業(yè)務） （無線尋呼業(yè)務） （移動業(yè)務） （集群移動通信） （移動數(shù)據業(yè)務） （蜂窩

28、移動通信） （無繩電話） （蜂窩移動業(yè)務） （無中心移動系統(tǒng)） 在民用的移動通信中，用于蜂窩移動通信使用的頻段具體安排如下： 890909MHz 移動臺發(fā) 中國移動 （GSM） 935954MHz 基站發(fā)，共 19MHz 909915MHz 移動臺發(fā) 954960MHz 基站發(fā)，共 6MHz 中國聯(lián)通 （GSM） 數(shù)字 CDMA 系統(tǒng)頻率安排如下： 中國聯(lián)通 CDMA 825835MHz 移動臺發(fā) 870880MHz 基站發(fā)，共 10MHz 1.8GHz 頻段安排如下： 中國移動 GSM1800MHz 中國聯(lián)通 17101725MHz 移動臺發(fā) 18051820MHz 基站發(fā)（共 15MHz）

29、 17451755MHz 移動臺發(fā) 18401850MHz 基站發(fā)（共 10MHz） 第 10 頁 共 43 頁 廣東移動培訓資料 17101785MHz 移動臺發(fā) DSC1800MHz 18051880MHz 基站發(fā) 目前正趨于實用化的第三代移動通信，即 IMT-2000。其使用的核心頻段為 18852025MHz/21102200MHz 其中 19802010MHz/21702200MHz 為 IMT-2000 的衛(wèi)星移動業(yè)務頻段） （ 。 3GPP 規(guī)定 UTRA TDD 的頻段（共 35MHz） ： （1）19001920MHz 20102025MHz （2）18501910MHz 1

30、9301990MHz （3）19101930MHz 3GPP 規(guī)定的 UTRA FDD 的頻段（上下行各 60MHz） ： （1）19201980MHz 移動臺發(fā) 21102170MHz 基站發(fā) （2）18501910MHz 移動臺發(fā) 19301990MHz 基站發(fā)。 為滿足第三代（3G）蜂窩移動通信技術和業(yè)務發(fā)展的需求，中國于 2002 年對 3G 系統(tǒng)使用的頻譜 作出了如下規(guī)劃： 第三代公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)的主要工作頻段： 頻分雙工(FDD)方式：19201980 MHz / 21102170 MHz； 時分雙工(TDD)方式：18801920MHz、20102025 MHz。 第三代公眾

31、蜂窩移動通信系統(tǒng)的補充工作頻段： 頻分雙工(FDD)方式：17551785 MHz / 18501880 MHz； 時分雙工(TDD)方式：23002400MHz，與無線電定位業(yè)務共用，均為主要業(yè)務。 IMT-2000 的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)工作頻段：19802010 MHz / 21702200 MHz。 目前已規(guī)劃給公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)的 825835 MHz / 870880 MHz、885915 MHz / 930960 MHz 和 17101755 MHz / 18051850 MHz 頻段等，同時規(guī)劃作為第三代公眾移動通信系統(tǒng)的演進擴展頻 段。 此外，為滿足鐵路系統(tǒng)調度通信等業(yè)務發(fā)展需

32、要，擬將 885889MHz（上行）和 930934MHz（下 行）作為 GSM-R（EGSM）系統(tǒng)使用的頻段；為滿足射頻電子標簽業(yè)務發(fā)展的需要，將 840845MHz 和 920925MHz 規(guī)劃作為 RFID 使用的頻段（試用） 。 第 11 頁 共 43 頁 廣東移動培訓資料 1.4 第一代移動通信系統(tǒng)及其主要特點 近代的陸地移動通信系統(tǒng)，也稱為蜂窩移動通信系統(tǒng)；自 80 年代起，已歷經三代。第一代的主要特 點是利用模擬傳輸方式實現(xiàn)話音業(yè)務 模擬傳輸方式實現(xiàn)話音業(yè)務，以 AMPS（美國、南美洲） 、TACS（英國、中國）和 NMT（北歐） 模擬傳輸方式實現(xiàn)話音業(yè)務 為代表。主要商用時間從

33、 80 年代初開始到 90 年代前期。 它的主要特點是： 模擬話音直接調頻； 多信道共用和頻分多址接入方式； 頻率復用的蜂窩小區(qū)組網方式和越區(qū)切換； 無線信道的隨機變參特征使無線電波受多徑快衰落和陰影慢衰落的影響 環(huán)境噪聲和多類電磁干擾的影響； 無法與固定網迅速向數(shù)字化推進相適應，數(shù)據業(yè)務很難開展； 安全保密性差，易被“竊聽” ，易被“仿制燒號” 。 1.5 第二代移動通信系統(tǒng)及其主要特點 第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)以數(shù)字傳輸方式實現(xiàn)話音和低速數(shù)據業(yè)務 數(shù)字傳輸方式實現(xiàn)話音和低速數(shù)據業(yè)務，以 GSM 為主, IS-95CDMA 為 數(shù)字傳輸方式實現(xiàn)話音和低速數(shù)據業(yè)務 輔。主要商用時間從 90 年代

34、中期開始到現(xiàn)在。 它的主要特點是： 低速率話音編碼技術和數(shù)字調制； 每載波多路、時分多址或碼分多址接入； Rake 接收機和自適應均衡技術； 與固定網向數(shù)字化推進相適應，具有中低速數(shù)據承載業(yè)務能力； 先進的開放的技術規(guī)范（如 A 接口和 U 接口） ，有利于形成既競爭又相互促進的機制； 安全保密性強，不易“竊聽” ，不易“仿制” ； 有利于大規(guī)模集成。 1.6 第三代移動通信系統(tǒng)及其主要特點 第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)以更高速的數(shù)據業(yè)務和更好的頻譜利用率為目標 采用寬帶 CDMA 為主流 以更高速的數(shù)據業(yè)務和更好的頻譜利用率為目標， 以更高速的數(shù)據業(yè)務和更好的頻譜利用率為目標 技術，目前已形成三種

35、空中接口標準，即 WCDMA 、TD-SCDMA 和 CDMA2000。今后十年內將逐步 替代第二代系統(tǒng)而成為主流。 它的主要特點是： 新型的調制技術，包括多載波調制和可變速率調制技術； 高效的信道編譯碼技術， 除了沿用 1本文由blue_sailor貢獻 pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 壓敏電阻的基本特性與微觀結構 Basic characteristic and microstructure of ZnO varistors 季幼章 中國科學院等離子體物理研究所合肥 摘要： ZnO 壓敏電阻是一種電阻值對外加電壓敏感的半導體敏感元件，主

36、要功能是辨別和限制瞬態(tài)過電壓，反復使用不損壞。ZnO 壓敏電阻的基本特性包括電學特性、物理特性和化學特性。微觀結構是體現(xiàn)這些性質的媒介，是 ZnO 壓敏電阻的基礎。 關鍵詞： ZnO 壓敏電阻；電學性質；物理特性；化學特性；微觀結構 引言 壓敏電阻是半導體電子陶瓷器件，主要功能是 識別和限制瞬態(tài)過電壓，反復使用而不損壞。它的電流 （）電壓（）特性是非線性的，與穩(wěn)壓二極管相似。 但與二極管不同，壓敏電阻能限制的過電壓在兩個極性上 相等，于是呈現(xiàn)的 特性很象兩個背對背的二極管。 壓敏電阻能用于交流和直流電場，電壓范圍從幾伏到幾千 伏，電流范圍從毫安到幾千安。壓敏電阻還附加有高能量 吸收能力的特性，

37、范圍從幾焦耳到幾千焦耳。它的通用性 使得壓敏電阻在半導體工業(yè)和電力工業(yè)都有應用。 壓敏電阻是用半導體粉末和其它氧化物粉末 如：、等經過混合、壓型和燒 結工藝而制成。得到的產品是具有晶界特性的多晶陶瓷， 這一邊界特性決定了壓敏電阻的非線性特性。 壓敏電阻的基本特性包括電學特性、物理特性和 化學特性。微觀結構是體現(xiàn)這些性質的媒介，是壓敏 電阻的基礎。 敏電阻的作用接近于絕緣體，此后它的作用相當于導體。 對設計者關注的電學特性，是它在導電過程的非線或非歐 姆特性，以及它作為電阻時，正常工作電壓下的低泄漏電 流（功率損耗）。這些特性能夠用曲線的三段重要區(qū)域來 說明。 圖在寬電流密度和電場范圍上的典型曲

38、線 2.1.1 小電流線性區(qū) 壓敏電阻的基本特性 2.1 ZnO 壓敏電阻的電性質 壓敏電阻最重要的性質是它的非線性特性， 如圖所示。在功能上，在達到給定的擊穿電壓之前，壓 在這一范圍內（ ）， 特性是歐姆性 的，定義為預擊穿區(qū)。對于給定的工作電壓，交流電比直 流電流大約高二個數(shù)量級。這一差別被認為是交流電壓應 用時介電損耗的作用。全電流是由容抗電流（）和電阻 電流（）合成，并且是由的晶粒邊界決定的。 SEMICONDUCTOR COMPONENTS APPLICATION 2008年06月 133 2.1.2 中間的非線性區(qū)域 中間電流非線性區(qū)，對于電壓的一個小增量，壓敏電 阻傳導一個格外大

39、的電流。該非線性區(qū)可以在電流的個 數(shù)量級上擴展。正是這一在寬電流強度上的高非線性，使得 壓敏電阻與其它非線性器件有重大的差別，并使其應用 于多種用途。這一區(qū)域的曲線越陡，器件就越好。 發(fā)現(xiàn)添加 基本上形成非歐姆特性。但是添加 像和過渡氧化物也能增強非線性。同樣，像 、和等組合成多元摻雜劑 能比用單一摻雜劑大大增加其非線性。同樣，增加摻雜劑 濃度至某一最佳量也顯示出增加其非線性行為。 （ 、 ）和外來原子（ 和）， 和 分別代 表所有外來的施主和受主原子（可以是、等）。 根據對 中缺陷平衡的研究，證明了由缺陷向邊 界層不相等的遷移能夠形成缺陷引起勢壘。它表明一個高 的施主雜質（ ），當從燒結溫度

40、冷卻時， 晶粒邊界變得富集鋅空位（受主）而缺少氧空位 （施主）（見圖）。這種摻雜產生了晶粒邊界處鋅空位 過剩和氧空位的不足，這種情況提高了勢壘（勢 壘高度），同時有效地消除了在晶粒邊界處分離 界面層的需要。 2.1.3 大電流翻轉區(qū) 在大電流區(qū)域（ ）， 特性又呈線性， 與小電流區(qū)域相似，電壓隨電流的上升比非線性區(qū)塊。該 區(qū)域還稱為翻轉區(qū)。此區(qū)域受 微結構中晶粒電阻的 控制。于是添加已知能控制 晶粒電阻的摻雜劑（如 、等），其結果對大電流翻轉特性有很大影響。 為了表征壓敏電阻，希望測定全部三個區(qū)的 特性。但由于所涉及的電流范圍寬，對所有區(qū)域不可能使 用相同的測試工藝。通常對小于的特性是 用直流

41、或的交流測定，對大于的特性用 具有上升峰值時間為的典型波形和的半峰值衰 減時間的脈沖電流（即所說的×波形）測定。 2.2 ZnO 壓敏電阻的物理特性 壓敏電阻的非線性是一種晶粒邊界現(xiàn)象，即在相 鄰晶粒耗盡層中存在多數(shù)電荷載流子（電子）的勢壘。認 為肖特基勢壘最像微結構中晶粒邊界勢壘。晶粒邊界 上的負表面電荷（電子捕獲）是由晶界面兩側晶粒的耗盡 層的正電荷來補償?shù)?。熱電子發(fā)射和隧道效應是主要的傳 輸機制。 最近發(fā)展的壓敏電阻勢壘的晶粒邊界缺陷模型在改進 穩(wěn)電壓應力下，壓敏電阻的穩(wěn)定性上取得了很大進展。 圖純的和非本征摻雜晶粒邊界區(qū)氧空 位和鋅空位濃度部面 壓敏電阻的微觀結構 3.1 多

42、種的相組成 壓敏電阻的微觀結構分析發(fā)現(xiàn)，形成的四個主要 成分是、尖晶石、焦綠石和一些富相（圖）。圖 中也指明了組分存在的部位，還存在一些用現(xiàn)有技術尚不 易檢測出來的其它次要相。 壓敏電阻的典型晶粒尺寸在和之間， 并且也總是伴有雙晶。的存在抑制晶粒生長，而 和則加速晶粒長大。尖晶石和焦綠石相對晶粒長大有 抑制作用。焦綠石相在低溫時起作用，而尖晶石相在高溫 時有利。當用鹽酸浸蝕晶粒時，中間相呈現(xiàn)出在電性上絕 緣的三維網絡。 燒結形成的晶粒是壓敏電阻的基本構成單 2.3 ZnO 壓敏電阻的化學特性 純是具有線性特性的非化學計量型半導 體。進入 中的各種添加物使其具有非線性。這些氧 化物中主要是 。這

43、些氧化物的引入，在晶粒和晶粒 邊界處形成原子缺陷，施主或類施主缺陷支配著耗盡層， 而受主和類受主缺陷支配著晶粒邊界狀態(tài)。相關的缺陷類 型是鋅空位（ 、 ）、氧空位（ 、 ）、填隙鋅 134 SEMICONDUCTOR COMPONENTS APPLICATION 2008年06月 受晶粒邊界電阻和電容控制。 （） 在曲線為一端，大電流線性 區(qū)（），被驗證是受晶粒的電 阻控制的。 （） 對各種應用最重要的區(qū)域，中部 非線性區(qū)，受晶粒邊界和晶粒間的電阻 差別的間接控制。 3.2.3 勢壘電勢與微觀結構聯(lián)系 壓敏電阻勢壘電勢（） （）（） （）（） 式中非線性電壓 每厘米的晶粒數(shù) 每厘米的邊界厚度

44、這樣，壓敏電阻的晶粒（） 圖各種晶相組成的壓敏電阻的微觀結構成分 （） 位。在燒結過程中，各種化學元素在微觀結構中的分布， 使得近晶粒邊界區(qū)域具有高阻抗（ ·cm），而 晶粒的中間具有高電導（110 ·cm）。從圖 1 給出 的曲線的斜率能估算這些阻抗特性。 3.2 微觀結構和電特性 圖給出了微觀結構和電特性略圖。圖（）給出了晶 粒和晶界電阻的表觀略圖。從晶粒邊界到晶粒的電位陡降 圖（）發(fā)生在的距離內，稱為耗盡層。這樣， 在每個晶粒邊界處都存在晶粒邊界向兩側延展入相鄰晶粒 的耗盡層。晶粒間存在耗盡層提高了壓敏電阻的作用。 晶粒邊界兩側兩個耗盡層的存在，使得 壓敏電 阻對極性變化不敏感。在這一方面，壓敏電阻像一個背對 背的二極管。進一步說，由于晶粒邊界附近區(qū)域的電子被 耗盡，當施加外電壓時，跨在晶粒邊界上出現(xiàn)一電壓降。 這