外电场下含有缔合缺陷的ZnO/β-Bi2O3界面电学性能

电力设备的安全运行很大程度上取决于避雷器的过电压保护水平,ZnO压敏电阻因具有优异的非线性伏安特性而广泛应用于电力系统避雷器的核心元件.为了从微观结构上了解ZnO压敏电阻的电学性能,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理对含有锌填隙Zni与氧空位V.缺陷的ZnO/β-Bi2O3界面进行分析计算,并研究其在不同外电场下的相关电学性质.计算结果表明,弛豫后氧空位V.缺陷发生迁移.在外电场的作用下,填隙Zn离子向界面处偏移,界面能在电场强度超过0.1 v/A后快速升高,界面之间的相互作用力变大,层间距减小,体系导电性迅速增强.采用差分电荷密度、功函数以及Bader电荷分析方法,计算出了界面处的势垒高度,证实了内建电场是ZnO压敏电阻具有非线性伏安特性的重要原因.采用态密度分析的方法,分析了原子轨道能级、陷阱能级以及能隙等微观参数对ZnO压敏电阻宏观导电性能的影响.本工作通过调控外电场的强度对含有缔合缺陷的ZnO/β-Bi2O3界面不同电气参数进行分析,为理解和调控ZnO压敏电阻的电学特性提供了新的思路.