DE1077761B - Spannungsabhaengiger Widerstand - Google Patents

Description

• Spannungsabhängiger Widerstand Für gewisse Anwendungsgebiete, z. B. bei Funkenlöschung, sind spannungsabhängige Widerstände erwünscht, die eine höhere Eigenkapazität als die meisten bekannten spannungsabhängigen Widerstände (Varistoren) aufweisen. Es handelt sich dabei um solche spannungsabhängige Widerstände, welche durch Verdichtung eines pulverförmigen bzw. körnigen Halbleitermaterials, gegebenenfalls unter Anwendung eines Bindemittels, bei erhöhter Temperatur, durch Pressen, Backen oder Sintern, hergestellt sind. Als Grundmaterial für solche Widerstände dient in erster Linie Siliziumkarbid: Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines spannungsabhängigen Widerstandes finit einer hohen Eigenkapazität. Diese Eigenschaft wird bei einem spannungsabhängigen Widerstand aus mit einem keramischen Bindemittel versetzten, gesinterten, pulverförmigen und/oder körnigen Halbleitermaterial, insbesodere aus Siliziumkarbid, gemäß der Erfindung erreicht, indem als Bindemittel ein Titanat, insbesondere ein Titanat mit Perowskitstruktur, oder ein Gemisch mehrerer Titanate verwendet ist, das dem Grundmaterial vor dem Sintern in isolierendem Zustande zugemischt ist.
• Um die günstigen Eigenschaften der Widerstände gemäß der Erfindung darzulegen, sei näher auf den Stand der Technik eingegangen. So sind z. B. Widerstände aus technischem Siliziumkarbid und einem Bindemittel bekannt, dem zur Distanzierung der Körner der Grundsubstanz isolierende Teilchen, z. B. aus Aluminitlmoxvd, Glas, Quarz und Titanoxyd, zugemischt sind, die gegebenenfalls selbst die Rolle des Bindesmittels übernehmen können. Dabei wurde dem Gesichtspunkt einer hohen Dielektrizitätskonstante trotz der bekannten hohen Polarität von Ti 02 nicht Rechnung getragen. Ti 02 ist, ebenso wie die gemäß Erfindung vorgeschlagenen Titanate, in freiem Zustande ein Isolator. Während jedoch Ti 02 diese Eigenschaft im allgemeinen auch nach dem Sintern beibehält, werden Titanate durch Wechselwirkung mit der halbleitenden Grundsubstanz, insbesondere mit Siliziumkarbid, selbst halbleitend, ohne dabei ihre hohe Dielektrizitätskonstante zu verlieren. Es ergibt sich dabei der zusätzliche Vorteil, daß die so erhaltenen Varistoren auch bereits bei niedrigen Spannungen verwendbar sind und dabei einen voll ausgeprägten @'aristoreffekt zeigen. Der Grund für dieses Verhalten ist darin zu sehen, daß in dem fertigen Widerstandskörper zwei Halbleiter, nämlich die Grundsubstanz und das Bindemittel, in enger Berührung miteinander stehen und sich somit durch den Tunneleffekt der Ladungsträger auch bei niedrigen Spannungen eine beträchtliche Stromleitung ergibt.
• Würde man an Stelle des gewöhnlichen Ti 02 eine sogenanntes anreduziertes Ti 02 verwenden, was bei Varistoren auch bekannt ist, so würde zwar der Varistoreffekt auch bei niedrigen Spannungen merklich werden, da ein durch Reduktionsprozesse eine nichtstöchiometrische Zusammensetzung aufweisendes Ti 02 halbleitende Eigenschaften besitzt. Die Halbleitereigenschaft wird jedoch in diesem Falle durch Sauerstoffehlstellen im TiO2 Gitter erzeugt. Da Sauerstofffehlstellen im Kristallgitter von oxydischen Halbleitern gegen thermische und atmosphärische Einflüsse wenig stabil sind und ihre den Grad der Halbleitereigenschaft bestimmende Häufigkeit nur schwer mit der erforderlichen Genauigkeit eingestellt werden kann, erscheint anreduziertes Ti 02, ebensowenig wie andere sogenannte anreduzierte Halbleiter selbst, als Bindemittel für Varistoren wenig geeignet. Es empfiehlt sich deshalb auch nicht, die bereits bei homogenen Widerständen mit positivem Temperaturkoeffizienten als Widerstandsgrundmaterial bekannten anreduzierten Erdall-,alititanate als Bindemittel zu verwenden, da solche Widerstände zwangläufig in ihren elektrischen Eigenschaften streuen und außerdem nur eine geringe Alterungsbeständigkeit aufweisen würden.
• Bei den Widerständen gemäß der Erfindung sind dagegen die Körner der halbleitenden Grundsubstanz in ein Medium mit stabilen, nicht auf dem Vorhandensein von Gitterfehlstellen beruhenden Halbleitereigenschaften gebettet. LTm dies zu erreichen, werden die das Bindemittel bildenden Titanate dem Grundmaterial in isolierender Form, also nicht in anreduziertem Zustande, beigemischt. Die sich erst bei der Sinterung herausbildenden Halbleitereigenschaften des Bindemittels beruhen daher nicht auf dem Vorhandensein von Gitterfehlstellen, sondern sind im Kristallaufbau der Titanate sowie im Einbau von Halbleitereigenschaften hervorrufenden und diese Halbleitereigenschaften fixierende Stoffe in das Kristallgitter der Titanate begründet.
• Damit zeichnen sich also die Widerstände nach der Erfindung nicht nur -durch eine hohe Eigenkapazität und einen ausgeprägten, bereits bei relativ niedrigen Spannungen in Erscheinung tretenden Varistoreffekt aus, sondern zeigen gleichzeitig eine bemerkenswerte Stabilität und Alterungsbeständigkeit. Sie lassen sich außerdem mit gut reproduzierbaren elektrischen Eigenschaften herstellen.
• Gegebenenfalls kann man die Eigenkapazität des Varistors in Ausbildung der Erfindung durch Beimischung von Kohlenstoff zum Bindemittel beeinflussen. Außerdem kann es vorteilhaft sein, den fertigen Widerstandskörper mit einem Lack, insbesondere einem Lack, welcher nach dem Trocknen infolge der in ihm auftretenden Spannungen eine höhere Dielektrizitätskonstante als im spannungsfreien Zustand besitzt, zu imprägnieren. Schließlich ist es vorteilhaft, wenn das hinzugefügte Titanat dieselbe mittlere Korngröße besitzt wie das Halbleitergrundmaterial des Widerstandes. Ausführungsbeispiel Ein auf der Basis Si C/Buna hergestellter spannungsabhängiger Widerstand in der Größe 25/3 mm hat eine durchschnittliche Kapazität von etwa 1000 pF. Ein gleich großer Widerstand aus demselben Si C mit Bariumtitanatmasse als Bindemittel an Stelle von Buna hat eine Kapazität von etwa 2000 pF.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Spannungsabhängiger Widerstand aus mit einem keramischen Bindemittel versetztem, gesintertem, pulverförmigem und/oder körnigem Halbleitermaterial, insbesondere aus Siliziumkarbid, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein Titanatt, insbesondere ein Titanat mit Perowskitstruktur, oder ein Gemisch mehrerer Titanate, das dem Grundmaterial vor dem Sintern in isolierendem Zustand zugemischt wird, verwendet ist.
2. 2. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bindemittel Kohlenstoff zugemischt ist.
3. 3. Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß .der fertige Widerstandskörper mit einem Lack, welcher nach dem Trocknen infolge der in ihm auftretenden Spannungen eine höhere Dielektrizitätskonstante als im spannungsfreien Zustand besitzt, imprägniert ist.
4. 4. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hinzugefügte Titanat dieselbe mittlere Korngröße besitzt wie das Halbleitergrundmaterial. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 696 462; schweizerische Patentschriften Nr. 216240, 224046; britische Patentschrift Nr. 538 331.