ZnO压敏陶瓷晶界势垒高度和宽度的研究

摘要

ZnO压敏陶瓷优异的非线性电流电压特性起源于ZnO晶粒间的晶界势垒,其主要表征参数是势垒高度和宽度.本文通过测量商用ZnO压敏陶瓷材料的泄漏电流I与绝对温度T的关系,利用场助热激发电流的表达式计算了势垒高度(活化能),发现它低于平衡状态时的势垒高度.在深入分析在电场作用下晶界区域中电子传导过程的基础上,认为这是因为在电导过程中通过正偏势垒向晶界界面层中注入了大量电子,这些电子不仅填充了在平衡状态下尚未填充的电子陷阱(即表面态),而且还会在界面层形成自由电子空间电荷,这些自由电子在越过反偏Schottky势垒时需要克服的就不是平衡状态时的势垒高度,显然应低于平衡状态时的势垒高度,即导带底E<,C>的最高点与费米能级E<,f>的差值(通常势垒高度的定义).另外,根据场助热激发电流的表达式,提出了新的Schottky势垒宽度的计算公式,不仅求得了高场强和低场强时的势垒宽度,而且得到了势垒宽度随温度的变化规律,发现了在320K~350K温度范围内势垒宽度下降速度最快,结合介电温谱测量,证实了在此温度区间势垒宽度的快速下降是松弛过程引起的.这对于进一步研究和理解ZnO压敏陶瓷材料的非线性电导机理具有重要意义.