氧化鋅（ZnO）晶體室溫下的禁帶寬度為3.37eV^[1]，是一種非化學(xué)計(jì)量比化合物，其主要點(diǎn)缺陷是間隙Zn離子，間隙Zn離子電離后能給導(dǎo)帶提供自由電子，所以，ZnO晶體是一種典型的n型半導(dǎo)體。ZnO因具有特殊的電學(xué)、光學(xué)等性能，在壓電、氣敏、催化、透明導(dǎo)電薄膜等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用^[2-4]。ZnO壓敏電阻器是一種以ZnO為主體，摻雜多種金屬氧化物改性的多晶半導(dǎo)體，由于ZnO壓敏電阻具有非線性系數(shù)高、浪涌吸收能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、制備工藝簡(jiǎn)單等諸多突出優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電力、交通、通訊、儀表、家電等各個(gè)行業(yè)作為浪涌吸收、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)電壓抑制和穩(wěn)電壓等器件^[5-10]。衡量ZnO壓敏電阻性能的主要參數(shù)包括非線性系數(shù)a、壓敏電壓E1mA和漏電流I_L等，a值越大壓敏電阻對(duì)浪涌的反應(yīng)速度越快，合適的E_1mA可以有效控制壓敏電阻的閾值電壓，I_L值越小則壓敏電阻在工作過(guò)程中的熱損耗越低。避雷器是ZnO在電力系統(tǒng)內(nèi)外部高壓防護(hù)中應(yīng)用的主要產(chǎn)品形式，高電壓梯度，大通流容量，低殘壓比和優(yōu)異的老化性能，不僅能減小避雷器本身的體積和重量，降低被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平和造價(jià)，而且還能為電力設(shè)備提供更加安全可靠的防護(hù)^[11-15]。

以氧化鋅為基體的壓敏電阻中，ZnO-Bi₂O₃基壓敏電阻是研究最早，也是目前研究最多的壓敏電阻體系，已廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)和電子集成電路的過(guò)壓保護(hù)、雷電和浪涌電流的防護(hù)中。其中低壓ZnO-Bi₂O₃基壓敏電阻可廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)、通訊設(shè)備、鐵路信號(hào)、微型電機(jī)及各種電子器件的保護(hù)，市場(chǎng)前景非常廣闊。該體系主要是以ZnO為主，以氧化鉍（Bi₂O₃）、氧化銻（Sb₂O₃）、氧化鈷（Co₂O₃）、氧化錳（MnO₂）、氧化鉻（Cr₂O₃）等為基本添加物，摻雜其他氧化物添加劑以便得到不同性能的壓敏電阻。從微觀結(jié)構(gòu)上看，ZnO構(gòu)成主晶相，以10-20mm大小晶粒存在，富Bi₂O₃相構(gòu)成晶界層，連續(xù)分布在晶粒周?chē)渌趸锿瑫r(shí)分布在晶界和晶粒中^[16-18]。

其中，Bi₂O₃是最核心的添加劑，熔點(diǎn)較低，主要存在于晶界處構(gòu)成絕緣晶界層，起到提高晶界勢(shì)壘并提升其非線性的目的^[19]，參與反應(yīng)形成焦綠石（Zn₂Bi₃Sb₃O₁₄）和尖晶石相（Zn₇Sb₂O₁₂），阻止晶粒異型長(zhǎng)大，在高溫時(shí)形成富鉍液相Bi₂O₃（Sb，Zn），可以傳遞氧離子，并滲透到附近的氧化銻和氧化鋅^[20]；Sb₂O₃主要以尖晶石的形式，可以減小Bi₂O₃的揮發(fā)，提高非線性和穩(wěn)定性；Co₂O₃和Cr₂O₃的加入能形成氧空位并聚集于晶界，從而提高晶界勢(shì)壘高度并減小漏電流；摻雜SiO₂能在基體中引入玻璃相，抑制晶粒生長(zhǎng)，有效提高電位梯度^[15]。綜上可知，選擇合適的摻雜氧化物，合理優(yōu)化配比，控制摻雜成分在主體材料中的分布，是進(jìn)一步提高ZnO-Bi₂O₃基壓敏電阻綜合性能的關(guān)鍵。通過(guò)添加各種金屬氧化物提高ZnO壓敏電阻器的綜合電學(xué)性能，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。本文從摻雜改性和制備工藝兩方面對(duì)ZnO-Bi₂O₃基壓敏電阻器的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

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