晶界勢壘變化
低溫下的導(dǎo)電機制:陶瓷 PTC 材料通常以鈦酸鋇為基,經(jīng)過摻雜等工藝制成。在低溫時,晶界處的載流子能夠較為順利地通過,這是因為此時晶界上具有較高的介電常數(shù)和自發(fā)的極化強度,它們阻礙了勢壘的形成,使得電子可以自由地流動,材料整體電阻較低。
高溫下的勢壘形成:當(dāng)溫度超過居里溫度后,材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化,晶界處的介電常數(shù)和極化強度大幅度地降低。這就導(dǎo)致晶界上原本被抑制的勢壘迅速形成,對載流子的阻礙作用顯著增強,電子難以越界進(jìn)入相鄰區(qū)域,從而使得材料的電阻急劇增大。
載流子濃度變化
本征激發(fā)的影響:在一定的溫度范圍內(nèi),隨著溫度的升高,半導(dǎo)體陶瓷中的本征激發(fā)會增強,產(chǎn)生更多的載流子(電子和空穴),載流子濃度增加,電導(dǎo)率提高,電阻會呈現(xiàn)下降趨勢。然而,當(dāng)溫度達(dá)到居里溫度附近及以上時,由于晶界勢壘等因素的影響占據(jù)主導(dǎo)地位,載流子濃度增加對電導(dǎo)率的提升作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于晶界勢壘對載流子的阻礙作用,整體上表現(xiàn)為電阻隨溫度升高而增大。
雜質(zhì)電離的飽和:陶瓷 PTC 材料中的雜質(zhì)電離也會對載流子濃度產(chǎn)生影響。在低溫時,雜質(zhì)電離不完全,隨著溫度升高,雜質(zhì)電離逐漸增強,提供了更多的載流子。但當(dāng)溫度升高到一定程度后,雜質(zhì)電離基本達(dá)到飽和,載流子濃度不再隨溫度顯著增加,而此時晶界勢壘隨溫度升高而增大的作用愈發(fā)明顯,導(dǎo)致電阻持續(xù)增大。
晶格振動增強
散射作用加?。簻囟壬邥咕Ц裾駝蛹觿?,晶格振動產(chǎn)生的聲子數(shù)量增多。載流子在運動過程中與聲子的相互作用增強,散射幾率增大。載流子被散射后,其運動方向和速度不斷改變,難以形成有效的定向電流,從而使得材料的電阻增大。這種散射作用在高溫時對電阻的影響較為顯著,是陶瓷 PTC 自恢復(fù)保險絲電阻隨溫度升高而增大的一個重要因素。
晶格畸變的影響:過高的溫度還可能導(dǎo)致晶格發(fā)生畸變,使晶體結(jié)構(gòu)的周期性遭到一定程度的破壞。這會進(jìn)一步增加載流子散射的概率,同時也可能使晶界處的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,勢壘高度和寬度發(fā)生變化,進(jìn)一步阻礙載流子的傳輸,導(dǎo)致電阻進(jìn)一步增大。