DE1415457A1 - Resistance with high temperature coefficient - Google Patents
Resistance with high temperature coefficientInfo
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Description
Zusatz zum Patent . (amtl.AZ.P 14 15 406.· 4;Addition to the patent. (amtl.AZ.P 14 15 406. x 4;
Die Erfindung betrifft einen aus zusammengesinterten störleitend gemachten ferroelektrischen Kristaiiitkörnern bestehenden keramischen Widerstand mit. hohem Tempöraturkoeffizienten seines G-esamtwiderstandswertes.The invention relates to a system consisting of ferroelectric crystallite grains sintered together and made to conduct interference ceramic resistor with. high temperature coefficient its total resistance value.
Bei der Herstellung derartiger Widerstände hat es sich gezeigt, daß sie oft eine unerwünschte Spannungsabhängigkeit des Widerstandswertes aufweisen. Um diese Spannungsabhängigkeit zu beseitigen bzw. -auf ein nicht mehr störendes Maß zu verringern, wurde bereits im Hauptpatent . ... ... (Patentanmeldung P 14 15 406j PA 58/2313) vorgeschlagen, die Kontakte im wesentlichen sperrschichtfrei auf das Material des Widerstandswertes aufzubringen. Es wurde weiter vorgeschlagen, zur Kontaktierung ein unedles Metall, insbesondere Aluminium oder Zink, zu verwenden.In the manufacture of such resistors, it has been found that they often have an undesirable voltage dependency of the resistance value. In order to eliminate this voltage dependency or to a level that is no longer disruptive to reduce, was already in the main patent. ... ... (patent application P 14 15 406j PA 58/2313) proposed that the contacts be applied to the material essentially without a barrier layer of the resistance value. It was further suggested to use a base metal, in particular aluminum or zinc, for contacting.
In weiteren Versuchen wurde nun der Zusammenhang von ■Varistoreffekt, d.h. der Spannungsabhängigkeit des "Widerstandswertes,In further experiments the connection between ■ varistor effect, i.e. the voltage dependence of the "resistance value,
8 0 9 8 0 5/07088 0 9 8 0 5/0708
Unterlagen ν'«- > a< ^··'-■"·'Documents ν '«-> a <^ ·· '- ■ "·'
-2--2-
t ,41-5 A 5'7-t, 41-5 A 5'7-
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und der Art des verwendeten Kontaktie rungsme tails untersucht." Dabei hat es sich gezeigt, daß die Sperrfreiheit des Kontaktes stark von der Art des Kontaktierungsmetalls abhängt.and the type of contacting metal used. " It has been shown that the freedom from blocking of the contact depends heavily on the type of contacting metal.
Ein im wesentlichen sperrfreier Kontakt ist dann möglich, wenn das Kontaktierungsmetall in der Lage ist, das in der Keramik enthaltene 4--wertige Metalloxid des ferroelektrischen Grundmaterials zu reduzieren. Das trifft für alle die Metalle zu, "bei denen die Bildungsenthalpie ihres Oxids mindestens etwa gleich oder nur wenig kleiner ist als die Differenz der Bildungsenthalpien der 3- und 4-wertigen Oxide des im ferroelektrischen Grundmaterial 4-wertigen Metalls.A substantially non-blocking contact is possible if the contacting metal is able to use the Ceramic containing 4-valent metal oxide of the ferroelectric Reduce base material. This applies to all metals "for which the enthalpy of formation of their oxide at least is about the same or only slightly smaller than the difference in the enthalpies of formation of the trivalent and tetravalent oxides of the 4-valent metal in the ferroelectric base material.
Erfindungsgemäß wird daher ein keramischer Widerstand vorgeschlagen, "bei dem auf das keramische Halbleitermaterial ein Metall zur Kontaktierung aufgebracht ist, das das in der Keramik enthaltene 4-wertige. Metalloxid des ferroelektrischen Grundmaterials zu reduzieren vermag, indem die Bildungsenthalpie eines Oxids des Kontaktmetalls mindestens etwa gleich oder nur wenig kleiner ist als die Differenz der Bildungsenthalpien der 3- und 4-wertigen Oxide des im ferroelektrischen Grundmaterial 4-wertigen Metalls.According to the invention, a ceramic resistor is therefore proposed, "in which a metal is applied to the ceramic semiconductor material for contacting, which in the 4-valued ceramics contained. Metal oxide of ferroelectric Able to reduce the base material by reducing the enthalpy of formation of an oxide of the contact metal at least is about the same or only slightly smaller than the difference in the enthalpies of formation of the trivalent and tetravalent oxides of the im ferroelectric base material of tetravalent metal.
Man nimmt an, daß diese Reduktion zu einer Überdotierung im Oberflächenbereich führt, so daß sich keine Sperrsdhiöht mehr ausbilden kann. "·"'■'■-■**"■ y- It is assumed that this reduction leads to overdoping in the surface area, so that a barrier height can no longer be formed. "·"'■' ■ - ■ ** "■ y-
Als Maß für das Reduktionsvermögen des Kontaktierungsmetalls wurde die Bildungsenthalpie des Oxids- dieses Metalls verwendet. Wenn diese Bildungsenthalpie größer (negativer) ist als die des Übergangs vom 3-wBrtigen zum 4-wertigen Oxid des im ferroelektrischen Grundmaterial l-wertigeir Metalls, so ist eine Reduktion von 4-wertigem zu "3-wertigein Oxid durch dieses Kontaktierungsmetall möglich,The enthalpy of formation of the oxide of this metal was used as a measure of the reducing power of the contacting metal. If this enthalpy of formation is greater (more negative) than that of the transition from the 3-valent to the 4-valent oxide of the metal that is l-valued in the ferroelectric base material, thus a reduction from tetravalent to "trivalent oxide" is complete this contacting metal possible,
-3-809805/0708 -3-809805 / 0708
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Im.^folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels das Versuchsergebnis diskutiert werden.In the following, using an exemplary embodiment, the Experimental results are discussed.
Der keramische Widerstand besteht z.B. aus einer auf Bariumtitanatbasis aufgebauten Halbleiterkeramik. Die elektrische Leitfähigkeit wird durch Dotierung mit Antimonoxid (SbgO,) erzielt. Zu den Versuchen wurden Keramikscheiben verwendet, die einseitig mit Aluminium bedampft waren, um auf dieser Seite einen sperrfreien Kontakt zu erzielen. Die Proben wurden so in eine Elektrolysezelle eingesetzt, daß nur die Seite dem Elektrolyten ausgesetzt wurde, die nicht mit Aluminium bedeckt war. Die Schichtdicke des abgeschiedenen Metalls betrug etwa 5 bis 10 /um. Als Kenngröße für den Varistoreffekt wurde das Widerstandsverhältnis bei den Meßspannungen 0,2 und 5 V verwendet (R 0,2 V/R 5 V).. An den grundsätzlichen Unterschieden des Varistareffekte bei verschiedenen Metallen ändert .auch eine Änderung der Widerstandsmasae oder der Dotierung,nichts* Es wurde auch die Zusammensetzung des Elektrolyten bei der Abscheidung des gleichen Metalls variiert, ohne daß sieh; ein wesentlicher Einfluß auf den Varistoreffekt zeigte·.The ceramic resistor consists, for example, of a barium titanate-based one built-up semiconductor ceramic. The electrical conductivity is achieved by doping with antimony oxide (SbgO,) achieved. Ceramic disks became part of the experiments used, which were vapor-coated with aluminum on one side, in order to ensure non-blocking contact on this side achieve. The samples were so placed in an electrolytic cell used that only the side was exposed to the electrolyte, which was not covered with aluminum. The layer thickness of the deposited metal was about 5 to 10 µm. The resistance ratio was used as a parameter for the varistor effect used for the measuring voltages 0.2 and 5 V (R 0.2 V / R 5 V) .. The fundamental differences of the varista effect in different metals changes .also a change in the resistance dimensions or the Doping, nothing * It was also the composition of the Electrolyte in the deposition of the same metal varies without seeing; a major impact on the Varistor effect showed ·.
In. !'ig;* T.. ist die Bildungsenthalpie AE der Metalloxide ( jeweiIs.·-.bezogen, auf. 1i Atom Sauerstoff) gegen den Varistoreffekt (R 0,2 V/R 5 V) aufgetragen. Statt der Bildungsenthalpie ^H sollte genauer die freie Bildungsenthalpi« aufgetragen werden, die sich aus, ^lE durch Berücksichtigung- ;derN Entropie ergiht* Diese Korrektur der Bildungsenthalpie beträgt, aber höelTstens 3 kCal/Hol und fällt deshalb. ;nicht ins Gewicht.In. 'ig;! * T .. is (-.bezogen jeweiIs · on 1i atomic oxygen..) the enthalpy of formation of the metal oxides AE plotted against the varistor (R V 0.2 / R 5 V). Instead of formation ^ H ^ IU should be applied more precisely the free Bildungsenthalpi "arising out of, through Berücksichtigung-; N entropy ergiht * This correction of formation is, but höelTstens 3 calories / Hol and falls therefore. ; does not matter.
des Überganges von Tl0O^ zu 210 nachof the transition from Tl 0 O ^ to 210 after
5 der Gleichung" 2TiO2 5Ti3O3+ t/2 O2 beträgt^iB = 62,3 kCal 5 of the equation "2TiO 2 5Ti 3 O 3 + t / 2 O 2 is ^ iB = 62.3 kCal
07.08-..07.08- ..
PA 59/2385 ' - 4 -PA 59/2385 '- 4 -
Man kann aus dem Diagramm der Figur 1 entnehmen, daß bei einem Kontaktmetall, dessen Oxidbildungsenthalpie größer (negativer) als etwa 55 kCal/Mol ist, bereits eine erhebliche Verminderung des Varistoreffektes eintritt und daß mit Metallen, deren Oxidbildungsenthalpie größer (negativer) als etwa 60 kCal/Mol ist, ein im wesentlichen sperrschichtfreier Kontakt zu erzielen ist. Im thermodynamischen Existenzbereich des 5ip^3 tritt also praktisch kein Varistoreffekt auf. Dagegen wird er in dem Bereich sehr stark, in dem keine Reduktion des TiOp möglich ist.It can be seen from the diagram in FIG. 1 that at a contact metal whose enthalpy of oxide formation is greater (more negative) than about 55 kCal / mol is already a considerable one Reduction of the varistor effect occurs and that with metals whose oxide formation enthalpy is greater (more negative) than about 60 kCal / mol, a substantially barrier-free contact can be achieved. In the thermodynamic realm of existence of the 5ip ^ 3 there is practically no varistor effect on. On the other hand, it becomes very strong in the area in which no reduction in TiOp is possible.
Aus dem Diagramm kann man außerdem entnehmen, daß der Varistoreffekt beim Silber etwa eine Zehnerpotenz höher als bei den vergleichbaren Metallen, wie z.B. Palladium, liegt.The diagram also shows that the varistor effect silver is about a power of ten higher than comparable metals such as palladium.
Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, daß man annehmen kann, daß das Bariumtitanat bei der Kontaktierung oberflächlich anreduziert und damit stark leitfähig wird, so daß kein Sperreffekt mehr auftreten kann. Dementsprechend wurde versucht, auch auf andere Weise zu reduzieren. An der Oberfläche der Keramik wurde zuerst elektrolytisch Wasserstoff abgeschieden und sofort anschließend Kupfer niedergeschlagen, das sonst einen starken Varistoreffekt besitzt. In diesem Pail bildete sich aber ein sperrfreier Kontakt.The present results show that one can assume that the barium titanate is superficially reduced during contacting and thus becomes highly conductive, so that no Locking effect can occur more. Accordingly, attempts were made to reduce in other ways. On the surface the ceramic was first electrolytically deposited hydrogen and immediately afterwards copper was deposited, which otherwise has a strong varistor effect. In this pail, however, a lock-free contact was formed.
Die Versuchsergebnisse zeigen, daß eine Reduktion der Oberfläche eine sperrfaieie Kontaktierung ermöglicht und daß alle Metalle, die in der Lage sind, 4-wertiges Titan zu 3-wertigem Titan zu reduzieren, einen praktisch sperrfreien Kontakt ergeben. The test results show that there is a reduction in the surface area a lockable contact allows and that all Metals that are able to convert tetravalent titanium to trivalent Reducing titanium results in a practically non-blocking contact.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Widerstandes gemäß der Erfindung. 1 ist dabei der -aus ferroelektrischen Kristal-Fig. 2 shows an embodiment of a resistor according to the invention. 1 is the -from ferroelectric crystal-
809805/0708809805/0708
ΡΑ59/23β5 -5-ΡΑ 59/23 β5 -5-
liten gesinterte .stabförmige Widerstandskörper, der insbesondere aus einer auf Bariumtitanat"basis aufgebauten Halbleiter keramik besteht. Die Stirnflächen 2 und 3 des Widerstandskörpers sind mit einem z.B. elektrolytisch abgeschiedenen Metallüberzug 4- und 5 versehen, der z.B. aus Eisen besteht, dessen Oxidbildungsenthalpie etwa -64 kCal/Mol beträgt und also größer (negativer) ist als die Bildungsenthalpie des Überganges vom 4-wertigen zum 3-wertigen Titandioxid, so daß eine Reduktion der Keramikoberfläche hervorgerufen wird. Die Stromzuführung kann nun unmittelbar an den Metallschiehten angebracht werden oder es kann eine Metallkappe nach Art der Widerstandskontaktierung über die Enden des Halbleiterkörpers gepreßt sein, die mechanisch fest auf dem Widerstandskörper sitzt und die mit der entsprechenden Metallschicht unmittelbar verlötet ist. Außerdem können die Metallschichten auch durch Aufdampfen hergestellt sein.liten sintered rod-shaped resistance body, which in particular made of a barium titanate-based semiconductor ceramics. The end faces 2 and 3 of the resistor body are provided with, for example, an electrolytically deposited metal coating 4 and 5, for example made of iron exists, whose enthalpy of oxide formation is about -64 kCal / mol and is therefore greater (more negative) than the enthalpy of formation the transition from tetravalent to trivalent titanium dioxide, causing a reduction in the ceramic surface will. The power supply can now be attached directly to the metal rails or a metal cap can be used be pressed in the manner of resistance contact over the ends of the semiconductor body, which is mechanically fixed sits on the resistor body and which is directly soldered to the corresponding metal layer. aside from that the metal layers can also be produced by vapor deposition.
In 3?ig. 3 ist als Ordinate der Widerstand und als Abszisse die Spannungs beide in logarithmischem Maßstab, aufgetragen. Die Kurve 1 zeigt den Widerstandsverlauf eines z.B. mit Eisen sperrfrei kontaktierten Widerstandskörpers. Es tritt praktisch kein Varistoreffekt auf. Die Kurve 2 stellt den Widerstandsverlauf eines mit Kupfer kontaktierten Widerst andskörpers dar. Die Bildung senthalpie des Kupferoxids m beträgt etwa 38 kCal/Mol. In Übereinstimmung mit den obigen Ausführungen zeigt die Kurve 2 eine starke Spannungsabhäng^igkeit des Widerstandes.In 3 ig. 3, the resistance is plotted as the ordinate and the voltage s as the abscissa, both on a logarithmic scale. Curve 1 shows the resistance profile of a resistance body contacted, for example, with iron without blocking. There is practically no varistor effect. The curve 2 represents the resistance profile of a resistance body contacted with copper. The formation of senthalpy of the copper oxide m is about 38 kcal / mol. In accordance with the above, curve 2 shows a strong voltage dependency of the resistance.
.809805/0708 ~6~.809805 / 0708 ~ 6 ~
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Applications Claiming Priority (2)
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NL (1) | NL133621C (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0308209A2 (en) * | 1987-09-15 | 1989-03-22 | Elmwood Sensors Limited | Ceramic resistance elements |
-
1959
- 1959-06-05 DE DE19591415457 patent/DE1415457A1/en active Pending
-
1960
- 1960-06-03 NL NL133621D patent/NL133621C/xx active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0308209A2 (en) * | 1987-09-15 | 1989-03-22 | Elmwood Sensors Limited | Ceramic resistance elements |
EP0308209A3 (en) * | 1987-09-15 | 1990-01-10 | Elmwood Sensors Limited | Ceramic resistance elements |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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NL133621C (en) | 1972-03-15 |
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