Кинетика деформации ВАХ оксидных варисторных структур, обусловленная перезарядкой локализованных состояний

Abstract

Проведено моделирование деформации импульсных вольт-амперных характеристик (ВАХ) отдельного межкристаллитного потенциального барьера при переходных процессах поляризации/деполяризации, связанной с перезарядкой поверхностных электронных состояний, которые обусловливают этот барьер. Установлено, что в зависимости от концентрации и степени заполнения этих поверхностных состояний электронами воздействие постоянного напряжения может привести к смещению импульсных ВАХ в область больших или же малых токов. Показана возможность применения найденных закономерностей для керамических варисторных структур. Предложенная модель позволяет интерпретировать наблюдаемые при испытаниях варисторов на ускоренное старение «аномальные» эффекты, такие как возрастание классификационного напряжения и уменьшение мощности активных потерь.

Проведено моделювання деформації імпульсних вольт-амперних характеристик (ВАХ) окремого міжкристалітного потенціального бар'єру під час перехідних процесів поляризації/деполяризації, пов'язаної з перезаряджанням поверхневих електронних станів, які обумовлюють цей бар'єр. Встановлено, що залежно від концентрації і ступеня заповнення цих поверхневих станів електронами вплив постійної напруги може привести до зміщення імпульсних ВАХ в область великих або ж малих струмів. Показано можливість застосування знайдених закономірностей для керамічних варисторних структур. Запропонована модель дозволяє інтерпретувати спостережувані при випробуваннях варисторов на прискорене старіння «аномальні» ефекти, такі як зростання класифікаційної напруги та зменшення потужності активних втрат.

Prolonged exposure of zinc oxide varistors to the electrical load leads to current-voltage characteristics (CVC) deformation, which is associated with a change in the height and width of the intergranular barriers, which are main structural element of the varistors. Polarization phenomena in zinc oxide ceramics are studied in a number of works, but those are mainly limited to the study of the physics of the CVC deformation process and to determining the parameters of localized electronic states involved in this process. This paper presents the results on the simulation of the deformation of pulse CVC of a separate intergranular potential barrier at transient polarization/depolarization, associated with recharging of surface electronic states (SES), which cause this barrier. It is found that at high density of SES their degree of electron filling is small and the effect of DC voltage leads to a shift of pulse current-voltage characteristics into the region of small currents. Conversely, the low density SES are almost completely filled with electrons, and after crystallite polarization CVC is shifted to high currents. Experimental studies have confirmed the possibility of applying the discovered laws to ceramic varistor structures. The proposed model allows interpreting the «anomalous» effects (such as increase in the classification voltage and reduction of active losses power) observed during the varistors accelerated aging test.