1101

Cwczene 11

Badanie warystorów aigromników zaworowych

I. W IA3CU0ŚGI PODSTAWOWE

1» Technologia produkcji warystorów

Do wytwarzania odgromników zaworowych is biernikowych wykorzystuje się warystory (rezystory nieliniowe) wykonane z węglika krzemu, fary-story robocze odgromnika beziakiemikowego wykonane są natomiast z tlenku cynku.

Węglik krzemu (SiC) otrzymuje się w postaci krystalicznej z proszku kwarcowego i koksu wypalonego w temperaturze od 20Q0°C do 2200°C. Uoże on mieć różne zabarwienie.zależne od rodzaju domieszek np. zielone urzy domieszkach azotu, fosforu, arsenu, antymonu i bizmutu lub czarne, gdy zawiera dodatek glinu, baru, galu i indu. Domieszki mają wpływ na jego właściwości elektryczne. Węglik krzemu o zabarwieniu zielonym stosuje się do wytwarzania warystorów sterujących w odgromnikach zaworowych, a czarny do produkcji warystorów roboczych.

Otrzymane z wypału kryształy miele się w młynach kulowych i sortuje przesiewając przez sita, uzysknjąc proszek o określonej granulacji. Rozmiar ziaren ma wpływ na własności elektryczne warystorów. Ziarna trawi się w roztworze kwasu solnego lub ługu potasowego 1 płucze w wodzie. Przygotowany proszek miesza slę-z lepiszczem (szkło wodna lub tworzywo ceramiczne) 1 prasuje, formując płytki. Warystory ze szkłem wodnym suszy się w temperaturze od 200°C do +00°C. Warystory z lepiszczem ceramicznym po wstępnym wysuszeniu wypala się - zależnie od przyjętej technologii - w temperaturze od 900°C do 1500°0    [6,10,13 l.

Zasadniczym składnikiem masy, z-której wykonuje się warystory tlenkowe, jest ohemiczhie czysty tlenek cynku (ZnO) lub biel cynkowa. Jako domieszki stosowane są tlenki: bizmutu, kobaltu, manganu, żelaza, miedzi i inne. Składniki miesza się i rozdrabnia, następnie masę prasuje się przy aiśnienln 4 • 10* kGm^-^ i wyprał* w temperaturze od ok. 900°C do 1500°C.

2. Mechanizm przewodności elektrycznej warystorów

Przewodność elektryczna węglika krzem Jeat związana z jego własnościami półpr zawodzącymi. Przewodność SIC wzrasta wraz z ilością dostarczanej energidł czy to w postaci energii pola elektrycznego, czy też energii cieplnej.

Ha przebieg charakterystyki naplęciowo-prądowej Bają również wpływ zjawiska na powierzchniach stykowych ziaren, gdzie powstają warstwy zaporowe pochodzenia chemicznego (tlenki) lub fizycznego (ładunki przestrzenne) oraz zjawiska nagrzewania zestyków przy większych gęstościach prądu. Powierzchnia kryształu węglika krzemu zawiera wiele ostrych krawędzi. Między kryształami tworzą się więc kontakty o różnych powierzchniach zestyku 1 wielkości szczelin. Ba powierzchni ziaren węglika krzemu znajdują się warstwy zaporowe o różnym charakterze przewodności elektrycznej powierzchni i jądra ziarna (złącza n-p i p—n). Ba ostrych krawędziach kryształów występuje ant o elektronów a emisja powodująca, że przy wzroście przyłożonego napięcia występuje zjawisko zsmykanla szczelin kontaktowych między ziarnami, co zwiększa efektywną powierzchnię przekroju, przez który płynie prąd i prowadzi do obniżenia rezystancji. Przy przepływie prądu pomiędzy oddzielnymi ziarnami występuje alkronagrzew styku prowadzący również do wzrostu ich przewodności. Przy natężeniu pola elektrycznego od 10^ Vm”¹ do 10^ Vm~¹ następuje częściowe przebicie warstw pokrywających ziarna węglika krzemu. Zjawiska te (występujące na stykach 1 powierzchni kryształów) sprawiają, że charakterystyka napię-ciowo-prądowa warystora wykonanego z SIC jest nieliniowa.

Dla wyjaśnienia mechanizmu przewodzenia elektrycznego tlenku cynku z domieszkami tworzy się teoretyczny model przewodnictwa, w którym ziarna ZnO odizolowane są od siebie barierami potencjałowymi. Ba 3tykn 'ziarno—warstwy adsorbowane-ziarno" powstaje złącze n-p—n. Wysokość bariery zależy od rodzaju 1 ilości absorbowanych domieszek jonowych. Tak więc konduktancja warystora zależy od oddziaływania elektronów przewodzących z baterią elektronową powstającą na granicach poszczególnych ziaren.

Przy małych natężeniach pola elektrycznego dominuje emisja termiczna elektronów przez barierę, dając prąd proporcjonalny do napięcia. Gdy natężenie pola zwiększy się, następuje zmniejszenie wysokości bariery 1 występuje przewodnictwo typu Schottky'ego. Jest to przewodnictwo, ■ którym elektrony pobudzone termicznie przechodzą pod barierą o wartości zmniejszonej przez doprowadzone pole elektryczne. Przy bardzo dużych