DD150415A3

DD150415A3 - Spannungsabhaengiger widerstand

Info

Publication number: DD150415A3
Application number: DD20307578A
Authority: DD
Inventors: Guenter Weise; Gerd Owsian; Andreas Schoenecker
Original assignee: Guenter Weise; Gerd Owsian; Andreas Schoenecker
Priority date: 1978-01-03
Filing date: 1978-01-03
Publication date: 1981-09-02
Also published as: FR2413766A1; FR2413766B3; DE2846385A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen spannungsabhaengigen Widerstand und bezieht sich auf das Gebiet der Elektronik. Objekte, bei denen die Anwendung der Erfindung moeglich und zweckmaeszig ist, sind Thermistoren und Varistoren, insbesondere Zinkoxidvaristoren. Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Voraussetzungen fuer einfach herstellbare spannungsabhaengige Widerstaende, die auch bei niedrigsten Einsatzspannungen hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften genau herstellbar sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen spannungsabhaengigen Widerstand, bestehend aus einem halbleitenden metalloxidischen Grundmaterial und einer weiteren Phase aus einem Metalloxid oder Metallmischoxid, so auszubilden, dasz die den spannungsabhaengigen Anteil des Widerstandes bildenden Barrieren im Konzentrationsprofil definiert und hinsichtlich Zahl, Flaechengroesze und Anordnung reguliert werden koennen. Diese Aufgabe ist dadurch geloest, dasz Grundmaterial und weitere Phase jeweils zu einem oder mehreren separaten Makroelementen zusammengefaszt sind und diese wechselweise ueber jeweils ein Phasengrenzgebiet mit definiertem Konzentrationsprofil miteinander verbunden sind.

Description

WP H 01 0/203 075

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Spannungsabhangiger Widerstand Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektronik. Objekte, bei denen die Anwendung der Erfindung möglich und zweckmäßig ist, sind Thermistoren und Varistoren, insbesondere Zinkoxidvaristoren.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits Varistoren bekannt, die aus einem pulvermetallurgisch hergestellten keramischen Körper bestehen, der Zinkoxid als Grundmaterial enthält und in dem zwischen benachbarten Grundmaterial-Körnern eine mit einem oder mehreren Additiven gebildete . Zwischenphase vorliegt· Auf Grund dieser Zwischenphase sind an den Grenzen der Körner des Grundmaterials elektrische Barrieren' vorhanden, die beim Einsatz des Widerstands oberhalb einer bestimmten Potentialdifferenz elektrisch durchlässig v/erden und so die nichtlineare I-U-Kennlinie des Bauelements verursachen· Als Additiv werden solche Metalloxide wie Wismutoxid, Kobaltoxid, Manganoxid, Nickeloxid u. a. verwendet·

Die Ausbildung dieser Mikrostruktur wird durch die chemische Zusammensetzung und durch die Herstellungsbedingungen reguliert und führt nach den bekannten Verfahren au einer statistischen Verteilung in der Konzentration der Additive und im strukturellen Aufbau der einzelnen Mikrovaristoren. Pur diese Erscheinung ist die Tatsache kennzeichnend, daß

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nur ein geringer Teil der vorhandenen Kontaktstellen zwischen den Grundmaterial-Eörnern zum Varistorverhalten beiträgt.

Besondere Schwierigkeiten erwachsen daraus für die Herstellung derartiger Varistoren mit niedrigsten Einsatzspannungen, da sich mit der notwendigen Verkleinerung des Varistorvolumens Struktur- und Konzentrationsschwankungen verstärkt auswirken© Das äußert sich u. a. darin, daß die Einsatzspannung nicht genau einstellbar ist und verstärkt zu hohe Stromdichtebelastungen an einzelnen Kontaktstellen auftreten, die zur vorzeitigen Alterung des Bauelementes führen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Voraussetzungen für einfach herstellbare spannungsabhängige Widerstände, die auch bei niedrigsten Einsatzspannungen hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften genau einstellbar sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen spannungsabhängigen Widerstand, bestehend aus einem halbleitenden Eietalloxidischen Grundmaterial und einer v/eiteren Phase aus einem Metalloxid oder Metallmischoxid, so auszubilden, daß die den spannungsabhängigen Anteil des Widerstandes bildenden Barrieren im Konzentrationsprofil definiert und hinsichtlich Zahl, Flächengröße und Anordnung reguliert werden können. ·

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Grundmaterial und die weitere Phase jeweils zu einem oder mehreren separaten Makroelementen zusammengefaßt sind und diese wechselweise über jeweils ein Phasengrenzgebiet mit definiertem Konzentrationsprofil miteinander ver-

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bunden sind« Die Makroelemente können dabei beispielsweise als scheibenförmige Substrate, Schichten oder Filme ausgebildet sein.

Im Palle der Bildung des Widerstands aus jeweils mehreren Makroelementen des Grundmaterials und der weiteren Phase kann die Verbindung dieser Makroelemente zweckmäßig horizontal und/oder vertikal ausgeführt sein. Nach v/eiteren ZY/eckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung kann die Struktur der Makroelemente einkristallin, polykristallin oder amorph sein und kann für Grundmaterial-Makroelemente dotiertes ZnO verwendet werden.

Ausführungsbeispiel Beispiel 1

Das Beispiel betrifft einen Varistor, bestehend aus einem ersten Makroelement in Form einer gesinterten Scheibe aus halbleitendem metalloxid!schein Grundmaterial, auf der sich ein über den schmelzflüssigen Zustand als Schicht aufgebrachtes Metallmischoxid befindet, die ein zweites Makroelement im Sinne dieser Erfindung darstellt. Grundmaterial und Metallmischoxid sind mit je einem Indium-Gallium-Kontakt versehen. Das Grundmaterial ist Zinkoxid, dotiert mit 0,5 mol % Kobaltoxid, 0,5 mol % Titanoxid und 0,25 mol % Mangandioxid. Die Scheibe besitzt einen Durchmesser von 4· mm und eine Dicke von 0,8 mm. Das aufgebrachte Metallmischoxid besteht aus 71,5 Gew.-% Wismutoxid, 13,7 Gew.-% Antimon(III)-oxid und 14,8 Gew.-% Zinkoxid. Der Varistor besitzt eine nichtlineare Strom-Spannungscharakteristik mit folgenden Werten:

U₁ (I = 10~⁴ A) = 2,5 V, U₂ (I = 10~³ A) = 2,8 V und U₃ (I = 10~² A)= 3,3 V. Das entspricht einem Nichtlineari-

tätskoeffizienten ö( (U₂ZU₁ )= 20,3-Oc(U₃ZU₂) = 14.

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Beispiel 2

Das Beispiel bezieht sich auf einen Varistor, der wie der im Beispiel 1 beschriebene aufgebaut ist, wobei jedoch das Grundmaterial anstelle von Mangandioxid 0,5 mol % Aluminiumoxid enthält, .

Dieser Varistor besitzt eine nichtlineare Strom-Spannungscharakteristik mit folgenden Werten: ILj = 2,7 V, Up = 3,2 V und U₃ = 4,0 V, U- 13,2 bzw. 10,3.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Spannungsabhängiger Widerstand, bestehend aus einem
halbleitenden metalloxidischen Grundmaterial und einer
weiteren Phase aus einem Metalloxid oder Metallmischoxid, gekennzeichnet dadurch, daß das Grundmaterial

und die weitere Phase aus jeweils mindestens einem separaten Makroelement bestehen, die über jeweils ein Phasengrensgebiet mit definiertem Konzentrationsprofil miteinander verbunden sind.

2. Spannungsabhängiger Widerstand nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei jeweils mehreren Makroelementen des Grundmaterials und der weiteren Phase die Verbindung
dieser Makroelemente flächenmäßig (zweidimensional) ausgeführt ist.

3· Spannungsabhängiger Widerstand nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Struktur der Makroelemente einkristallin ist.

4. Spannungsabhängiger Widerstand nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Struktur der.Makroelemente polykristallin ist.

5« Spannungsabhängiger Widerstand nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Struktur der Makroelemente amorph
ist.

6. Spannungsabhängiger Widerstand nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Grundmaterial-Makroelemente aus
dotiertem ZnO bestehen*