• ZnO压敏材料的未来是十分美好的： (1) 片式叠层化：近年来，随着电子产品的小型化、多功能化
和表面帖装技术( S MT)的应用。 (2) 低压化：由于电子仪器的集成化，电路的电压也随之低电
压化。 (3) 基础理论的研究有待深入，尤其是加强晶界现象、导电机
理、缺陷理论等方面的研究。将计算机技术与材料研究相 结合，以探讨 ZnO压敏材料的显微结构与导电机理等将可 能受到人们关注。
2.1 ZnO薄膜的晶体结构
非化学计量的ZnO晶体
能带图
• Sukker等人经过综合 各方面的数据和理论 分析，给出了与ZnO 晶体的能带结构有关 的常温电子学参数。 根据这些数据，可以 得到，纯净的ZnO由 于存在固有原子点缺 陷，使得晶体结构的 周期性被破坏，在禁 带中引入局域能级的 能带结构，如图所示
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ZnO压敏电阻的晶界能带
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• 双肖特基势垒
求解泊松方程后，得到双肖特基势垒高度:
式中，ε是ZnO半导瓷的介电常数，Φ是势垒的 高度，Nd为晶粒施主浓度，Ns为界面受主态密 度，e为单位电子电荷。由上式可知，双肖特 基势垒高度与表面受主态密度的平方成正比， 与晶粒施主浓度成反比，在晶界处吸附受主杂 质能提高n型半导瓷晶界得势垒高度。正是由 于双肖特基势垒的形成，才使得ZnO压敏电阻 器具有非线性的特性。
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3、激光脉冲沉积法的基 本原理
及ZnO薄膜的制备
• 目前国内外薄膜制备方法基本有：磁控溅射，喷雾 热解，化学气相沉积，分子束外延技术，原子层外 延生长法，脉冲激光沉积，溶胶-凝胶这几种方法， 各种制备工艺各有优缺点。不同的制备技术及工艺 参数决定了薄膜的结晶取向，薄膜厚度，表面平整
4.通流能力
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5.残压比
ZnO压敏材料在各方面 的
应用及发展 • ZnO压敏材料广泛应用于工业、铁路、通信、电力及家电等 方面,尤其在过电压保护方面.用 ZnO压敏材料制成的 ZnO 避雷器 ,可以用于雷电引起的过电压和电路工作状态突变造 成电压过高.过电压保护主要用于大型电源设备、 大型电机 、 电磁铁等强电应用中，也可用于一般电器设备的过电压 保护。
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• 氧化锌（ZnO）是一种重要的宽带隙（室温下3.3 eV）Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,它的激子束缚能 高达60 meV,远大于GaN的25 meV和ZnSe的22 meV。ZnO具有六方纤锌矿结构，晶格常数 a=0.3249 nm,c=0.5206 nm。ZnO薄膜具有良好 的透明导电性、压电性、光电性、气敏性、压敏 性、且易于与多种半导体材料实现集成化。这些 优异的性质，使其具有了广泛的用途，如表面声 波器件、平面光波导，透明电极，紫外光探测器 、压电器件、压敏器件、紫外发光器件、气敏传 感器等。在短波区域，ZnO可用于制造紫外发光 器件和紫外激光器，对于提高光记录密度及光信 息的存取速度起着非常重要的作用 。
1、存底的清洗 5、高温热处理
4、预处理
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4 、试验结果以及数据 分析
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PLD压敏特性图及（ZnO）
• 右图所示为不同温度下生长在 Si衬底上的ZnO薄膜的X射线 衍射图谱（XRD）由下图可知 生长温度的不同对ZnO薄膜样 品的影响都是很显著的。薄膜 生长时氧气压强为1OPa，生 长温度分别500℃，550℃， 600℃，沉积时间均为2小时。 为改善样品结晶质量，对样品 进行了退火处理，退火温度均 为650℃，并保温l小时。图示 中所有样品的X射线衍射谱中 衍射峰强度最大的均为ZnO的 (101)衍射峰，出现在2θ为 36.3处，还在2θ为33。4处存 在非常弱的衍射峰。表明我们 生长的样品为(101)择优的多晶 薄膜。 2020/7/29
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• 压敏电阻器是其电阻值随电压灵敏变化的 电子元件，它是基于压敏材料的非线性伏 安特性工作的，己被广泛地应用于过压保 护和稳压方面。SiC作为压敏材料的历史比 较悠久，1908年即出现了SiC避雷器的研究 。自从1968年日本松下公司首次研制成功 了以ZnO作为主体的压敏电阻器以来，ZnO 压敏电阻器的研究和应用得到了长足的发 展，ZnO迅速成为制造压敏电阻器的主导材 料。
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Contents
1 压敏电阻的基本概念 激光脉冲沉积法的基本原理
2 及ZnO薄膜的制备 3 试验结果以及数据分析 4 总结
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1、压敏电阻的基本概念
• 压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压 敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压 敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳 位到一个相对固定的电压值，从而实现对 后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有 ：压敏电压、通流容量、结电容、响应时 间等。
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ZnO压敏材料导电原理
• 隧穿电流表达式为:
式中，K为常数，，C为常数，U为外加电压，为真 空介电常数。上式 表明，当电压较高，由于隧穿机制， 流过晶界的电流随外加电压的增大而急剧增大。结合热 电子发射机制和隧穿势垒机制就可以较好地解释ZnO压 敏电阻器的非线性U-I特性。当外加电压升高达到一定值 时，通过压敏电阻器的电流随外加电压的增加变化很大， 一般可达几个数量级，表现出强烈的非线性。正是由于 具有非线性特性，ZnO压敏电阻器在过压保护和稳压方 面得到广泛的应用。在过压保护电路中，当有浪涌电流 通过时，压敏电阻器处于非线性区，将浪涌电流吸收， 起到保护设备的作用。
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ZnO压敏材料常用的性能 参数 • 非线性系数、压敏电压、漏电流表示了压敏电阻
器的小电流特性，通流能力、残压比则表示的是 大电流特性。此外，表征压敏电阻器性能的参数 还有电压温度系数、能量耐量，固有电容等，限 于篇幅，在此只对常用的参数作以简单介绍。
1.非线性系数
2.压敏电压
3.漏电流
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2、激光脉冲沉积法的基本原理 及ZnO压敏电阻器的制备
图1-1为ZnO晶体的原 子点阵示意图，ZnO 晶体具有纤锌矿结构 （四配位，六角结 构）、闪锌矿结构 （也是四配位，但和 纤锌矿相原子排列不 同）、NaCl结构（也 叫岩盐结构）和CsCl 结构，这四种结构。
度以及光电、压电等性质的差异。
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国内外 薄膜制备方法
磁控溅射法 喷雾热分解法 化学沉积法
国内外 薄膜制备方法
分子束外延法
原子层外延生长法 脉冲激光沉积法
（PLD）
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PLD
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脉冲激光沉积示意图
在衬底上沉积ZnO薄膜的 实验过程
2、溶胶的配置
3、提拉