DE1941280C3 - Semiconducting ceramic resistor with positive temperature coefficient - Google Patents

Semiconducting ceramic resistor with positive temperature coefficient

Info

Publication number
DE1941280C3
DE1941280C3 DE19691941280 DE1941280A DE1941280C3 DE 1941280 C3 DE1941280 C3 DE 1941280C3 DE 19691941280 DE19691941280 DE 19691941280 DE 1941280 A DE1941280 A DE 1941280A DE 1941280 C3 DE1941280 C3 DE 1941280C3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
resistance
ceramic
mol
temperature
semiconducting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE19691941280
Other languages
German (de)
Other versions
DE1941280A1 (en
DE1941280B2 (en
Inventor
Nagao Kyoto Fujikawa (Japan)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of DE1941280A1 publication Critical patent/DE1941280A1/en
Publication of DE1941280B2 publication Critical patent/DE1941280B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE1941280C3 publication Critical patent/DE1941280C3/en
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/02Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
    • H01C7/022Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient mainly consisting of non-metallic substances
    • H01C7/023Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient mainly consisting of non-metallic substances containing oxides or oxidic compounds, e.g. ferrites
    • H01C7/025Perovskites, e.g. titanates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C04B35/462Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
    • C04B35/465Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates
    • C04B35/468Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates
    • C04B35/4682Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates based on BaTiO3 perovskite phase

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen haibleitenden keramischen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten aus hauptsächlich Bariumtitanat mit einem Gehalt von — jeweils in Oxidform — mindestens 0,2 Mol-% Silicium und mindestens 0,23 Mol-% von Seltenen Erden, Wismut unu/oder Antimon.The invention relates to a semiconducting ceramic Resistance with a positive temperature coefficient consisting mainly of barium titanate with a grade of - in each case in oxide form - at least 0.2 mol% silicon and at least 0.23 mol% of rare Earth, bismuth and / or antimony.

Ein halbleitender kerami·. eher V'Verstand mit Bariumtitanat dieser Art ist aur »IEEE-Transactions on Component Parts«, 1963, S. 53—57, u J ferner auch aus der DE-PS 9 29 350 bekannt. Das SiO2 wirkt als »mineralizer« zur Verbesserung des Sinterverhaltens der Keramik und zur Verringerung der Spannungsabhängigkeit des spezifischen Widerstands.A semiconducting ceramic ·. rather, understanding with barium titanate of this type is known from "IEEE Transactions on Component Parts", 1963, pp. 53-57, and also from DE-PS 9 29 350. The SiO 2 acts as a "mineralizer" to improve the sintering behavior of the ceramic and to reduce the voltage dependence of the specific resistance.

Es ist bekannt, daß Bariumtitanatkeramik, die normalerweise ein Isolator ist, durch Dotierung mit bestimmten Elementen halbleitend wird mit einer in einem bestimmten Temperaturbereich steil ansteigenden Temperatur-Widerstandskennlinie. Aufgrund dieser Eigenschaften finden derartige halbleitende Keramiken vielfältige Anwendung für Temperaturregelung, Stromstärkeregelung od. dgl. Für diese Verwendung ist es erwünscht, daß der Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstandes möglichst steil ist, sich über einen möglichst großen Bereich erstreckt und in einem relativ niedrigen Temperaturbereich liegt.It is known that barium titanate ceramic, which is normally an insulator, can be doped with certain elements become semiconducting with a steep rise in a certain temperature range Temperature resistance curve. It is because of these properties that such semiconducting ceramics are found diverse application for temperature control, current regulation or the like. For this use it is it is desirable that the temperature coefficient of the specific resistance is as steep as possible, over a Extends as large an area as possible and lies in a relatively low temperature range.

In »Proceedings 1955 Electronic Component Symposium« wird über Untersuchungen mit halbleitenden Bariumtitanatkeramiken berichtet, die zur Erzielung eines positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes mit Lanthan dotiert sind, sowie über Untersuchungen über die sperrschichtarme Kontaktierung an solchen Keramiken mittels Indium-Gallium. Als Ersatz für Lanthan als Dotierungsstoff werden andere Elemente wie Wismut, Thorium und Seltene Erden zur SubstituieFung der BaFiumionen odeF Wolfram, Niob und Tantal zur Substituierung der Titanionen vorgeschlagen. Spätere systematische Untersuchungen (Jour^ nal of the Physical Society of Japan, 1959, Seite 1159—1174) über die Verwendbarkeit und optimalen Konzentrationen einer Vielzähl Von Dötierungselementen haben jedoch gezeigt, daß nur mit bestimmten Dotierungseiemeriten, insbesondere Seltenen Erden, Wismut und Antimon, Halbleitereigenschaften der Keramik erzielbar sind, während andere, aufgrund ihrer Valenzen ebenfalls in Betracht gezogene Elemente, insbesondere auch Mangan, die Keramik nicht halbleitend machen und deshalb als Dotierungselemente nicht in Betracht kommen.In "Proceedings 1955 Electronic Component Symposium" is about studies with semiconducting Barium titanate ceramics reported that to achieve a positive temperature coefficient of resistance are doped with lanthanum, as well as studies on the low-barrier contacting such ceramics using indium gallium. As a substitute for lanthanum as a dopant there are others Elements such as bismuth, thorium and rare earths for substituting the BaFium ions or tungsten, niobium and tantalum have been proposed to substitute the titanium ions. Later systematic investigations (Jour ^ nal of the Physical Society of Japan, 1959, pages 1159-1174) about the usability and optimal Concentrations of a variety of doping elements have shown, however, that only with certain doping devices, especially rare earths, Bismuth and antimony, ceramic properties are achievable while others, due to their semiconductor properties Valences also considered elements, especially manganese, the ceramic is not semiconducting make and therefore do not come into consideration as doping elements.

Gegenstand des älteren deutschen Patents 14 15 430 ist ferner eine halbleitende, mit Antimon dotierte Bariumtitanatkeramik, bei der der Curiepunkt u_;d die ίο Lage der Widerstands-Temperaturkurve durch teilweisen Ersatz der Bariumatome durch Strontiumatome verschoben werden kann, wobei einer Verringerung des erzielbaren maximalen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands durch Einhalten eines besnmmten Mengenverhältnisses zwischen Strontium und Antimon entgegengewirkt wird.The subject of the earlier German patent 14 15 430 is also a semiconducting one doped with antimony Barium titanate ceramic, in which the Curie point u_; d the ίο Location of the resistance-temperature curve through partial Replacement of the barium atoms by strontium atoms can be shifted, with a reduction in the achievable maximum temperature coefficient of the electrical resistance by adhering to a specific Amount ratio between strontium and antimony is counteracted.

Bei allen bislang genannten Keramiken erstreckt sich der temperaturabhängige Widerstandsanstieg' über einen relativ kleinen Bereich von nur ca. drei Zehnerpotenzen des spezifischen Widerstandes.In all of the ceramics mentioned so far, the temperature-dependent increase in resistance extends over a relatively small range of only about three powers of ten for the specific resistance.

Es sind ferner aus JP-AS 12 146/66 und 3 855/67There are also from JP-AS 12 146/66 and 3 855/67

Ι«*»11*ΙαΪ·α>«Ί'* Da«..»*!*»·-·.·»!.**— .*»!!.~._* L>l.n__. Λ'.~. _!__ iia.iL/ivii.uiiuv υαι iuiiiLtiaitaLi\ci aiiuncii ucnainii, uic cmc Dotierung mit Seltenen Erden, Wismut oder Antimon aufweisen, deren Bariumionen teilweise durch Strontium. Zinn, Blei oder Zirkon substituiert sind und die außerdem maximal 0,03 Gew.-% Mangan (entspricht 0,128 Mol-%) enthalte/·. Ι «*» 11 * ΙαΪ · α> «Ί '* Da« .. »*! *» · - ·. · »!. ** -. *» !!. ~ ._ * L> l. n __. Λ '. ~. _! __ iia.iL/ivii.uiiuv υαι iuiiiLtiaitaLi \ ci aiiuncii ucnainii, uic cmc doping with rare earths, bismuth or antimony, the barium ions of which are partially replaced by strontium. Tin, lead or zirconium are substituted and which also contain a maximum of 0.03 wt.% Manganese (corresponds to 0.128 mol%) / ·.

Diese Keramiken weisen infolge der Zugabe von Mangan einen steilen und zu niedrigen Temperaturen verschobenen Widerstandsanstieg über einen großen Bereich von ca. fünf Zehnerpotenzen des spezifischen Widerstandes auf. Diese Keramiken haben jedoch den Nachteil, daß sie diesen günstigen Verlauf der Widerstandskennlinie nur bei niedriger Eingangsspannung aufweisen, während bei höheren Eingangsspannungen der Widerstand bei höherer Temperatur und damit die Widerstandskennlinie stark abfällt. Ferner haben diese Keramiken die Eigenschaft, daß sie in einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffpartialdruck bei hohen Temperaturen reduziert werden und dann ihre günstige Widerstandskennlinie verlieren.As a result of the addition of manganese, these ceramics have a steep and too low temperature shifted resistance increase over a large range of approx. five powers of ten of the specific Resistance. However, these ceramics have the disadvantage that they have this favorable course of the Show resistance characteristics only at low input voltages, while at higher input voltages the resistance at higher temperatures and thus the resistance characteristic drops sharply. Further these ceramics have the property that they are in an atmosphere with low oxygen partial pressure high temperatures and then lose their favorable resistance characteristic.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen halbleitenden keramischen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten der eingangs genannten Art zu schaffen, der ausgehend von einem kleinen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur einen großen Temperaturkoeffizienten über einen großen Bereich des spezifischen Widerstandes auch bei Anlegen hoher Spannungen und auch nach vorhergehender Wärmebehandlung in einer anderen Atmosphäre als Luft aufweist.The invention is based on the object of a semiconducting ceramic resistor with positive To create temperature coefficient of the type mentioned, starting from a small Specific resistance at room temperature has a large temperature coefficient over a large Range of specific resistance even when high voltages are applied and also after the previous one Has heat treatment in an atmosphere other than air.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein halbleitender keramischer Widerstand der eingangs angegebenen Art dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik außerdem — in Oxidform — 0.Ϊ 3 bis 0,45 Mol-% Mangan enthält, daß der Gehalt an Silicium bis 15 Mol-% beträgt und daß der Gehalt an Seltenen Erden. Wismut und/oder Antimon denjenigen des Mangans um 0.1 bis 1,2 Mol-% übersteigt.To achieve this object, according to the invention, a semiconducting ceramic resistor is described at the outset specified type characterized in that the ceramic also - in oxide form - 0.Ϊ 3 to 0.45 Mol% manganese contains that the content of silicon is up to 15 mol% and that the content of rare Earth. Bismuth and / or antimony exceeds that of manganese by 0.1 to 1.2 mol%.

Es wurde gefunden, daß das Mangan in Kombination mit den anderen angegebenen Zusätzen und bei Einhaltung der angegebenen Mengenrelationen in wesentlich höheren Konzentrationen als 0,03 Gew,^% verwendet werden kann, wodurch nicht nur eine sehr steile Temperatur-Widerstandskennlinie über einen größen Bereich des spezifischen Widerstandes bei kleinem Raumtemperaturwiderstand erreicht werden kann, sondern diese Eigenschaft auch bei AnlegenIt has been found that the manganese in combination with the other specified additives and in Compliance with the specified proportions in concentrations significantly higher than 0.03% by weight can be used, whereby not only a very steep temperature-resistance curve over a A large range of specific resistance can be achieved with a low room temperature resistance can, but also this property when creating

höherer Eingangsspannungen erhalten bleibt, und daß die Keramik ferner eine besonders gute Beständigkeit gegen Wärmebehandlung in einer anderen Atmosphäre als Luft sowie eine besonders gute und gegen hohe Spannungen unempfindliche Lebensdauer bei Betriebsbedingungen hat.higher input voltages is retained, and that the ceramic also has a particularly good resistance against heat treatment in an atmosphere other than air as well as particularly good and against high Stress insensitive lifetime under operating conditions.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist durch einen Zusatz anderer Titanate als Bariumtitanat bzw. Zirkonaten und/oder Stannaten gekennzeichnetOne embodiment of the invention is through the addition of titanates other than barium titanate or Zirconates and / or stannates marked

Besonders vorteilhaft ist ein Zusatz von AI2O3 zu nicht mehr als 0,5 Molprozent zu dem halbleitenden Keramlkwiderstand gemäß der Erfindung. Dadurch wird eine Verminderung der Wasserabsorptionsgeschwindigkeit des halbleitenden K.eramikwiderstandes erreichtAn addition of Al2O3 is particularly advantageous more than 0.5 mole percent to the semiconducting ceramic resistor according to the invention. Through this there is a decrease in the rate of water absorption of the semiconducting ceramic resistor achieved

Als Grundmasse für die Herstellung des halbleitenden Keramikwiderstandes gemäß der Erfindung kann eine übliche ke/amische Zusammensetzung gewählt werden, die Bariumtitanat allein oder als Hauptbestandteil (d. h. zu nicht weniger als 50%) ggf. mit einem oder mehreren Zusätzen (z. B. anderen Titanaten als Bariumtitanat wie z. B. Cäieiurnikanal oder Struntiumtitanat Zir"'.onatt.n oder Stannaten) enthält. Besonders bevorzugt ist eine Grundmasse, bei der nicht mehr als 40% des Bariumtitanats durch Strontiumtitanat ersetzt sind.As a base material for the production of the semiconducting Ceramic resistor according to the invention, a customary ke / amic composition can be selected, the barium titanate alone or as a main component (i.e. not less than 50%), optionally with one or more Additives (e.g. titanates other than barium titanate such as z. B. Cäieiurnikanal or struntium titanate Zir "'. Onatt.n or stannates). Particularly preferred is a base material in which no more than 40% of the Barium titanate are replaced by strontium titanate.

Die auf diese Weise erhaltenen keramischen Halbleiterwiderstände besitzen eine ausgeprägt große, positive Temperaturabhängigkeit des Widerstandes und günstige Schalteigenschaften, da der spezifische Widerstand in einem bestimmten Temperaturbereich schlagartig zunimmt. Der keramische Halbleiterwiderstand besitzt nur eine geringe Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von der Spannung, selbst bei hohen Temperaturen. Außerdem besitzt er eine ausgezeichnete, gegen die angelegte Spannung unempfindliche Lebensdauer, und die Widerstands-Temperaturkennlinie wird bei Behandlung unter atmosphärischen Einflüssen kaum beeinflußtThe ceramic semiconductor resistors obtained in this way have a markedly large, positive temperature dependence of the resistance and favorable switching properties, since the specific resistance increases suddenly in a certain temperature range. The ceramic semiconductor resistor has only a low dependence of the specific resistance on the voltage, even at high Temperatures. In addition, it is excellent and insensitive to the applied voltage Lifetime, and the resistance-temperature characteristic when treated under atmospheric conditions Influences hardly influenced

Demgemäß kann der erfindungsgemäße keramische Halbleiterwiderstand als thermisches Element bei der Hochspannungsregelung, Stromregelung, in Thermostaten od. dgl. verwendet werden.Accordingly, the ceramic semiconductor resistor of the invention can be used as a thermal element in the High voltage regulation, current regulation, in thermostats or the like. Can be used.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Beispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an example.

Unter Verwendung von BaCO1, SrCO3, CaCO3, TiO2. Ce2(CO))B-Y-O3, MnCOj. SiO2 und AIvO3 als Ausgangsstoffe wurden die in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen hergestellt, wobei die zugesetzten Mengen an Ce2(CO3)) und Y2Oj zur Erleichterung des Vergleichs jeweils als molare Verhältnisse von Ce oder CeOi 5 und Y oder YOi 5 angegeben sind. Ähnlich ist die Menge des Mangans nur bezüglich des Mangangehaltes angegeben. Die Proben Nr. 1. 2, 5. H und 17 liegen nicht innerhalb der erfindungsgernäßen Grenzen. Jede Zusammensetzung wurde zusammen mit Achatkugeln in eine mit Polyäthylen ausgekleidete Kugelmühle gegeben und 20 Stunden lang naß gemahlen. Nach Entfernung des Wassers wurde die erhaltene Mischung 1 Stunde lang bei 1170° C kalziniert. Das kalzinierte Material wurde zusammen mit Achatkugeln und etwa 3 Gewichtsprozent Vinyläzetät in eine Kugelmühle gegeben Und etwa 20 Stunden lang gemischt Nach dem Trocknen wurde die erhaltene Mischung durch ein 50- bis 200-Mesh-Sieb gesiebt und in einer hydraulischen Presse mit einem Druck von etwa 800 kg/cm2 zu einer runden Scheibe von etwa 14 mm Durchmesser und etwa 3 mm Dicke gepreßt. Das gepreßte Material wurde in einem Tunnelofen in autogener Atmosphäre 1 Stunde lang bei 1370° C gesintertUsing BaCO 1 , SrCO 3 , CaCO 3 , TiO 2 . Ce 2 (CO)) BYO 3 , MnCOj. SiO 2 and AlvO 3 as starting materials, the compositions given in Table 1 were produced, the added amounts of Ce 2 (CO 3 )) and Y 2 Oj to facilitate comparison in each case as molar ratios of Ce or CeOi 5 and Y or YOi 5 are specified. Similarly, the amount of manganese is only given in relation to the manganese content. The samples No. 1. 2, 5. H and 17 are not within the inventive limits. Each composition was placed in a polyethylene-lined ball mill along with agate balls and wet-milled for 20 hours. After removing the water, the resulting mixture was calcined at 1170 ° C. for 1 hour. The calcined material was placed in a ball mill along with agate balls and about 3 percent by weight vinyl caustic and mixed for about 20 hours 800 kg / cm 2 pressed into a round disc about 14 mm in diameter and about 3 mm thick. The pressed material was sintered in a tunnel furnace in an autogenous atmosphere at 1370 ° C. for 1 hour

Auf jede Oberfläche der auf diese Weise erhaltenen Probe wurde eine Indium-Gallium-Legierung als Elektrode mit ohmschem Kontakt aufgebracht Die Tempsraturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes wurde gemessen durch Anlegen einer Gleichspannung von 0,5 bis 1,5 Volt pro 1 mm Dicke. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Einige typische Ergebnisse sind in F i g. 1 graphisch dargestelltAn indium-gallium alloy was placed as an electrode on each surface of the sample thus obtained applied with ohmic contact. The temperature dependence of the specific resistance was measured by applying a direct voltage of 0.5 to 1.5 volts per 1 mm of thickness. The results are in Table 2 given. Some typical results are shown in FIG. 1 shown graphically

Aus Tabelle 2 und F i g. 1 erkennt man, daß man eine große, positive Temperaturabhängigkeit des Widerstandes nur bei denjenigen keramischen Halbleiterwiderständen, in denen Mangan und eine« oder mehrere Elemente der Seltenen Erden. Wismut und Antimon in bestimmten quantitativen Verhältnissen vorliegen. Wenn der Anteil an Seltenen Erden, Wismut und/oder Antimon zu klein gegenüber dem des Mangans ist Megt der spezifische Widerstand bei Raumtemperatur über 106 Ω-cm, und die positive Temperaturabhängigkeit des Widerstandes ist gering. Bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist der spezifische Widerstand bei Raumtemperaturen klein und die positive Temperaturabhängigkeit ist ausgeprägt groß. Insbesondere erkennt man aus Fig. 1, daß die erfindungsgemäßen keramischen Körper (ausgezogene Linien 3, 4, 24) einen niedrigen spezifischen Widerstand bei gewöhnlicher Temperatur, eine ausgeprägte positive Widerstands-Temperaturkennlinie und einen steilen Anstieg des spezifischen Widerstandes aufweisen, verglichen zu der außerhalb der Erfindung liegenden Zusammensetzung (gestrichelte Linie 2). Somit haben die erfrndungsgemäßen keramischen Körper ausgezeichnete Schalteigenschaften. From Table 2 and F i g. 1 it can be seen that there is a large, positive temperature dependence of the resistance only in those ceramic semiconductor resistors in which manganese and one or more rare earth elements. Bismuth and antimony are present in certain quantitative proportions. If the proportion of rare earths, bismuth and / or antimony is too small compared to that of manganese, the specific resistance at room temperature exceeds 10 6 Ω-cm, and the positive temperature dependence of the resistance is small. In the case of the composition according to the invention, the specific resistance at room temperatures is small and the positive temperature dependence is markedly large. In particular, it can be seen from Fig. 1 that the ceramic bodies according to the invention (solid lines 3, 4, 24) have a low specific resistance at ordinary temperature, a pronounced positive resistance-temperature characteristic and a steep increase in the specific resistance compared to that outside of the Invention lying composition (dashed line 2). The ceramic bodies according to the invention thus have excellent switching properties.

Die obengenannten Proben wurden bei einer Temperatur gehalten, die so hoch war, daß der spezifische Widerstand sein Maximum erreichte, d. h. etwa 2000C. und es wurde eine Gleichspannung von 1 bis 100 Volt pro 1 mm Dicke angelegt. Die 'ibhängigkeit des spezifischen Widerstandes von der Spannung unter diesen Bedingungen wurde gemessen und ist in F i g. 2 dargestellt. Man erkennt aus dieser Figur, daß die erfindungsgemäßen keramischen Körper (ausgezogene Linie 3,4 und 24) einen geringen Abfall des spezifischen Widerstands selbst bei hoher Spannung und eine niedrige Spannungsabhängigkeit bei hoher Temperatur zeigen, verglichen mit der außerhalb der Erfindung liegenden Zusammensetzung (gestrichelte Linie 2).The above samples were kept at a temperature which was so high that the specific resistance reached its maximum, ie about 200 ° C., and a direct voltage of 1 to 100 volts per 1 mm thickness was applied. The dependence of the resistivity on the voltage under these conditions was measured and is shown in FIG. 2 shown. It can be seen from this figure that the ceramic bodies according to the invention (solid lines 3, 4 and 24) show a small drop in specific resistance even at high voltage and a low voltage dependency at high temperature, compared with the composition outside the invention (dashed line 2).

Wie man aus Fig. 2 weiter erkennt, ändert sich dir logarithmische Wert des spezifischen Widerstandes nahezu proportional zu der angelegten Spannung pro Dickeneinheit. Es kann somit als Maß für die Spannungsabhängigkeit des spezifischen Widerstands ein Widerstands-Spannungs-Koeffizient gemäß der folgenden Gleichung berechnet werdenAs you can see from Fig. 2, changes to you logarithmic value of the specific resistance almost proportional to the applied voltage per Thickness unit. It can thus be used as a measure of the voltage dependence of the specific resistance a resistance-voltage coefficient can be calculated according to the following equation

Widerstands-Spannungs-Koeffizient %/V = 2,303 log (Widerstand bei 50 V -Widerstand bei 10V)_Resistance-voltage coefficient% / V = 2.303 log (resistance at 50 V -resistance at 10V) _

Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben, aus der man erkennt, daß die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von der Spannung bei hoher Temperatur durch den Zusatz von Silizium wesentlich verbessert wird. Der Grund, weshalb der Zusatz von Silizium auf 0,2 bis 15 Molprozent begrenzt ist, ist der, daß eineThe results are shown in Table 2, from which it can be seen that the dependence of the specific Resistance to voltage at high temperature is significantly improved by the addition of silicon will. The reason why the addition of silicon is limited to 0.2 to 15 mol% is that one

Menge von weniger als 0,2 Molprozent keine wirksame Verbesserung der Spannungsabhängigkeit und eine Menge von mehr als 15 Molprozent keine gute Qualitäl des keramischen Körpers ergibt.An amount less than 0.2 mole percent does not effectively improve stress dependency and An amount of more than 15 mole percent does not result in a good quality of the ceramic body.

An Proben, die dem oben angegebenen entsprachen, jedoch etwa 11,5 mm Durchmesser und etwa 2,5 mm Dicke hatten, wurde eine Elektrode als öhmscher Kontakt angebracht. Die Probe wurde in stillstehender Luft bei etwa 25°C gehalten und einer Wechselspannung von 60 Hz ausgesetzt. Die gemessene Spannungs-Stromkennlinie beim thermischen Gleichgewicht ist in F i g. 3 dargestellt, wobei die Proben Nn 2, 3, 4 und 24 Silizium zu 0, 1, 2 bzw. 2 Mölpfözenl enthalten. Aus dieser Figur erkennt man, daß die erfindungsgemäßen keramischen Körper (ausgezogene Linien 3, 4 und 24) eine gute Stromspannungskennlinie zeigen. Insbesondere im Fall der Probe Nr. 4, die einen verhältnismäßig großen Anteil von Silizium enthält, ist selbst bei einer Eingangsspannung von mehr als 320 V kein Anstieg derOn samples which corresponded to the above, but about 11.5 mm in diameter and about 2.5 mm Thickness, an electrode was called ohmic Contact attached. The sample was held in still air at about 25 ° C and an alternating voltage exposed to 60 Hz. The measured voltage-current characteristic at thermal equilibrium is in F i g. 3, samples Nn 2, 3, 4 and 24 containing 0, 1, 2 and 2 Mölpfözenl silicon, respectively. the end This figure shows that the ceramic body according to the invention (solid lines 3, 4 and 24) show a good voltage characteristic. Especially in the case of sample no. 4, which is a relatively contains a large proportion of silicon, even at an input voltage of more than 320 V there is no increase in the

Stromstärke zu sehen, obwohl sie den niedrigsten Anfangswiderstand von 9,4 Ω aufweist.Amperage can be seen even though it has the lowest initial resistance of 9.4 Ω.

Die Proben Nr. 1 und 3 wurden in Stickstoffatmosphäre 30 Minuten lang auf 6000G erhitzt. Die Widerstands-Temperaturkurve wurde vor und nach der Wärmebehandlung gemessen. Die Ergebnisse sind in F i g. 4 dargestellt, wobei die starken Kurven die Werte vor der Behandlung und die dünnen Kurven die Werte nach der Behandlung darstellen. Aus dieser Figur erkennt man, daß die erfindungsgemäßen keramischen Körper durch die Behandlung bei hoher Temperatur in einer anderen Atmosphäre als Luft kaum beeinflußt werden und ihre Widerstands-Temperaturkennlinie wenig geändert ist. Man hat deshalb eine sehr große Auswahl der als Elektroden in Frage kommenden Materialien.Sample Nos. 1 and 3 were heated in a nitrogen atmosphere for 30 minutes at 600 G 0. The resistance-temperature curve was measured before and after the heat treatment. The results are shown in FIG. 4, the strong curves representing the values before the treatment and the thin curves representing the values after the treatment. It can be seen from this figure that the ceramic bodies according to the invention are hardly influenced by the treatment at high temperature in an atmosphere other than air and that their resistance-temperature characteristic is little changed. There is therefore a very large selection of materials that can be used as electrodes.

Die Erfindung wird nur in der Gesamtheil der Merkmale des Anspruchs 1 gesehen.The invention is only seen in the entirety of the features of claim 1.

Tabelle 1Table 1 Zusammensetzung (Mol)Composition (mole) SrCO3 CaCO3 SrCO 3 CaCO 3 TiO2 TiO 2 CeCe YY MnCO3 MnCO 3 SiO2 SiO 2 AI2O3 AI 2 O 3 Probe
Mr
sample
Mr
BaCO3 BaCO 3 1010 100100 0,30.3 0.10.1 ^ ^ __
IN I.IN I. 89.789.7 10 -10 - 102102 0.50.5 - 0.20.2 - - 11 89,589.5 10 -10 - 102102 0,50.5 - 0.20.2 11 - 22 89,589.5 10 -10 - 102102 0,50.5 - 0.20.2 22 - 33 89,589.5 10 -10 - 100100 0,60.6 - 0,250.25 - 44th 89,1589.15 10 -10 - 100100 0,60.6 - 0,250.25 0,50.5 55 89,1589.15 10 -10 - 100100 0,60.6 - 0,250.25 11 66th 89.1589.15 10 -10 - 100100 0,60.6 - 0,25 ·0.25 22 - 77th 89.1589.15 10 -10 - 100100 0,60.6 - 0,250.25 55 - 88th 89,1589.15 10 -10 - 100100 0,60.6 - 0,250.25 1010 - 99 89,1589.15 10 -10 - 100100 0,650.65 - 0,2750.275 - - 1010 89,189.1 10 -10 - 100100 0,650.65 - 0,2750.275 0303 __ 1111th 89,189.1 10 -10 - 100100 0,650.65 - 0,2750.275 11 - 1212th 89.189.1 10 -10 - 100100 0,650.65 - 0,2750.275 22 - 1313th 89,189.1 10 -10 - 100100 0,650.65 - 0,2750.275 55 - 1414th 89,189.1 10 -10 - 100100 0,650.65 - 0,2750.275 1010 - 1515th 89,189.1 10 -10 - 100100 0,70.7 - 0303 - - 1616 8989 10 -10 - 100100 0,70.7 - 0,30.3 11 - 1717th 8989 10 -10 - 100100 0,70.7 - 0303 22 - 1818th 8989 10 -10 - 100100 0,70.7 - 0303 55 - 1919th 8989 8 —8th - 101101 - 0,70.7 0,20.2 22 - 2020th 91,191.1 8 -8th - 101101 - 0,750.75 0,20.2 22 - 2121 91,0591.05 8 -8th - 101101 - 0,80.8 0,20.2 22 - 2222nd 9191 8 -8th - 101101 - 0,850.85 0,20.2 22 - 2323 90,9590.95 8 —8th - 101101 - 0,850.85 0202 22 0,10.1 2424 90559055 8 28 2 101101 - 0,850.85 0202 22 - 2525th 88,788.7 8 28 2 101101 - 0,850.85 0202 22 0,10.1 2626th 88,788.7 8 28 2 101101 - 0,850.85 0202 22 0,250.25 2727 88,788.7 8 —8th - 101101 - 0505 0202 22 - 2828 90,8590.85 8 —8th - 101101 - 1,01.0 025025 22 - 2929 90,7590.75 8 -8th - 101101 - 1,11.1 025025 22 - 3030th 90,6590.65 8 -8th - 101101 - 1,21.2 025025 22 - 3131 90,5590.55 8 -8th - 101101 - 1,11.1 0303 22 - 3232 90,690.6 8 -8th - 101101 - 0303 22 - 3333 90,690.6 8 -8th - 101101 - UU 0,30.3 22 - 3434 90,690.6 8 —8th - 101101 - 1,21.2 0,40.4 22 - 3535 90,490.4 8 —8th - 101101 - UU 0,40.4 22 - 3636 903903 8 -8th - 101101 1313th 0,40.4 22 - 3737 90,190.1 8 —8th - 101101 0,850.85 0202 55 - 3838 90559055 8 -8th - 101101 - 0R50R5 0202 77th - 3939 90559055 8 -8th - 101101 - 0,850.85 0202 1010 - 4040 90559055 8 —8th - 101101 0,850.85 0202 1212th 4141 90559055 8 -8th - 101101 0,850.85 0202 1515th 4242 90559055 4343

Tabelle 2Table 2

Probe Nr.Sample no. SpezifischerMore specific Widerstandresistance Verhältnis derRatio of Widerslands-Contradicting Ω · cmΩ · cm Widerstände beiResistances at Spannungs-Tension 200 und 25°C200 and 25 ° C Koeffizientcoefficient 250C25 0 C 200° C200 ° C %/V% / V 11 2,1 · 102.1 · 10 2,9 ■ 10«2.9 ■ 10 " 1,4 · 1051.4 · 105 -17,5-17.5 22 1,6 ■ 1021.6 ■ 102 5,0 · 10'5.0 10 ' 3,1 · ΙΟ'3.1 · ΙΟ ' -15,3-15.3 33 5,4 · 105.4 x 10 1,6 · 10'1.6 · 10 ' 2,86 · 1052.86 · 105 -7,0-7.0 44th 3,6 · 103.6 · 10 6,5 · 10«6.5 · 10 « 1,8 · ΙΟ'1.8 · ΙΟ ' -3,5 .-3.5. 55 2.5 · 1022.5 102 2.5 · 107 2.5 · 10 7 1,0 · 10'1.0 · 10 ' -6,4-6.4 66th i,24 · \Qi i, 24 · \ Qi 4,6 · 10"4.6 x 10 " 3,7 · IO4 3.7 IO 4 ^1,75^ 1.75 77th 1,4 · ΙΟ'1.4 · ΙΟ ' 1.13 . 10'1.13. 10 ' 8,1 · 10"8.1 x 10 " ^2,30^ 2.30 88th 7.6 ■ 107.6 ■ 10 5,25 · ΙΟ»5.25 · ΙΟ » 6,9 · 104 6.9 · 10 4 ^2,25^ 2.25 qq 6,8 · 106.8 x 10 1,3 · 1061.3 106 1,9 · 104 1.9 · 10 4 -2.23-2.23 1010 1,16 · 1021.16 · 102 1,0 · 1061.0 · 106 8,7 ■ 10'8.7 ■ 10 ' ^-2,02^ -2.02 IlIl 6,4 · 1026.4 102 1,16 ' I08 1.16 'I0 8 1,82 · 10'1.82 10 ' -5,75-5.75 1212th 2,5 · 1022.5 102 1,4 · 10'1.4 · 10 ' 5,7 · IO4 5.7 IO 4 -2,02-2.02 iJiJ 5,8 · iü'5.8 iü ' 4.2 iü; 4.2 iü ; i,i · iö*i, i · iö * =■2,04= ■ 2.04 1414th i,2 · 102i, 2 · 102 4,8 · lO6 4.8 · 10 6 4,0 · ΙΟ4 4.0 4 - 2,30- 2.30 1515th 1,76 · 1021.76 · 102 2,55 · 10'2.55 10 ' 1,45 · 1051.45 · 105 -2,13-2.13 1616 2.4 · 1022.4 102 4.0 · 10'4.0 10 ' 1,65 · 1051.65 · 105 -2,40-2.40 1717th 8,0 · 1028.0 102 5,8 · 10'5.8 10 ' 7,2 · ΙΟ4 7.2 4 •-7.7Ο• -7.7Ο 1818th 3,8 · 1023.8 102 1.9 · 10'1.9 10 ' 5,0 · ΙΟ4 5.0 4 ^-2,2D^ -2.2D 1919th 2,8 · 1022.8 102 1.4 · ΙΟ'1.4 · ΙΟ ' 5,0 · 104 5.0 · 10 4 -2,10-2.10 2020th 1,76 · ΙΟ2 1.76 2 2.45 · ΙΟ6 2.45 ΙΟ 6 1,4 · ΙΟ4 1.4 · ΙΟ 4 -1.72-1.72 2121 1,25 · 1021.25 · 102 2.6 · 10'2.6 10 ' 2,14 · 1052.14 · 105 -2.3-2.3 2222nd 8.9 · 108.9 · 10 1.2 - 10»1.2 - 10 » 1,36 · 1061.36 · 106 -3.5-3.5 2323 7.8 · 107.8 · 10 i,6 · 108i, 6 108 2,1 · ΙΟ6 2.1 · ΙΟ 6 -3.8-3.8 2424 3,6 · 103.6 · 10 7,2 · 10'7.2 10 ' 2,0 · 10b 2.0 x 10 b -3.5-3.5 2525th 5.8 · 105.8 · 10 5,8 · 106 5.8 · 10 6 1,0 · ΙΟ'1.0 · ΙΟ ' -2.2-2.2 2626th 4,0 · 1024.0 102 1,2 - 10"1.2 - 10 " 3,0- ΙΟ6 3.0- ΙΟ 6 -1.0-1.0 2727 2.4 · 1022.4 102 9.8 · 10'9.8 10 ' 4,1 · 1054.1 · 105 -1.6-1.6 2828 3,2 · 1023.2 102 i.O · 10»OK · 10 » 3,1 · 1053.1 105 -1.85-1.85 2929 1.62 · 1021.62 102 9,3 ■ 108 9.3 ■ 10 8 5,7 · ΙΟ6 5.7 6 -1.6-1.6 3030th 1,14 · 1021.14 102 8,7 · 1088.7 108 7,6 · 1067.6 106 -1.3-1.3 3131 1,39 ■ 1021.39 ■ 102 1,53 · 10"1.53 x 10 " 1,1 ■ 10'1.1 ■ 10 ' -1.1-1.1 3232 2.7 · W 2.7 W 3,8 - 10"3.8 - 10 " 1,4 · ΙΟ6 1.4 · ΙΟ 6 -1.0-1.0 3333 5,76 · ΙΟ2 5.76 · ΙΟ 2 6,9 · 1086.9 108 1,2 ■ 1061.2 ■ 106 -1.0-1.0 3434 6.0 · 102 6.0 · 10 2 1,2 - 10"1.2 - 10 " 2,0 · ΙΟ6 2.0 · ΙΟ 6 -1.0-1.0 3535 2.72 - 1032.72 - 103 6,5 · 1086.5 · 108 2,4 ■ 1052.4 ■ 105 -0.9-0.9 3636 1.5 · 1031.5 103 4,8 - 1084.8-108 3,2 - 1053.2-105 -1.1-1.1 3737 3,75 · 10J 3.75 · 10 J. 7,9 · 108 7.9 · 10 8 2,1 ■ 1052.1 ■ 105 -1.0-1.0 3838 6,8 · ΙΟ3 6.8 3 1,1 · 10"1.1 x 10 " 1,6 - 1051.6-105 -0.9-0.9 3939 7,6 · 107.6 · 10 1.45 · 10"1.45 10 " 1,9 ■ 10'1.9 ■ 10 ' -2.1-2.1 4040 6.8 · 106.8 · 10 5,6 · ΙΟ»5.6 · ΙΟ » 8,2 ■ 1068.2 ■ 106 -2.0-2.0 4141 6.6 · 106.6 · 10 1,56 · 10'1.56 10 ' 2,36 - ΙΟ'2.36 - ΙΟ ' -1.9-1.9 4242 1.08 · 1021.08 102 2,38 · 10'2.38 · 10 ' 2,2 · 1052.2 · 105 -1.9-1.9 4343 1,37 · 1021.37 102 3,3 ■ 10'3.3 ■ 10 ' 2,4 ■ 1052.4 ■ 105 — 1.7- 1.7 Hierzu 4 BIaIlFor this purpose 4 figures Zeichnungendrawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Halbleitender keramischer Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten aus hauptsächlich Bariumtitanat mit einem Gehalt von — jeweils in Oxidform — mindestens 0,2 Mol-% Silicium und mindestens 0,23 Mol-% von Seltenen Erden, Wismut und/oder Antimon, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik außerdem — in Oxidform — 0,13 bis 0,45 Mol-% Mangan enthält, daß der Gehalt an Silicium bis 15 Mol-% beträgt und daß der Gehalt an Seltenen Erden, Wismut und/oder Antimon denjenigen des Mangans um 0,1 bis 1,2 Mol-% übersteigt1. Semiconducting ceramic resistor with positive temperature coefficient of mainly Barium titanate with a content of - each in oxide form - at least 0.2 mol% silicon and at least 0.23 mol% of rare earths, bismuth and / or antimony, characterized in that, that the ceramic also - in oxide form - contains 0.13 to 0.45 mol% manganese, that the content of silicon is up to 15 mol% and that the content of rare earths, bismuth and / or antimony exceeds that of manganese by 0.1 to 1.2 mol% 2. Halbleitender keramischer Widerstand nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zusatz anderer Titanate als Bariumtitanat bzw. von Zirkonaten und/oder Stannaten.2. Semiconducting ceramic resistor according to claim 1, characterized by an additive titanates other than barium titanate or from zirconates and / or stannates. 3. Halbierender keramischer Widerstand nach Anspruch 1 and 2, gekennzeichnet durch einen Zusatz von nicht mehr als 03 Mclprozent AljOj.3. bisecting ceramic resistor according to claim 1 and 2, characterized by a Addition of not more than 03 percent AljOj.
DE19691941280 1968-08-13 1969-08-13 Semiconducting ceramic resistor with positive temperature coefficient Expired DE1941280C3 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5757868 1968-08-13

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE1941280A1 DE1941280A1 (en) 1970-04-16
DE1941280B2 DE1941280B2 (en) 1971-10-07
DE1941280C3 true DE1941280C3 (en) 1979-06-21

Family

ID=13059719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19691941280 Expired DE1941280C3 (en) 1968-08-13 1969-08-13 Semiconducting ceramic resistor with positive temperature coefficient

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1941280C3 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4101454A (en) * 1975-01-10 1978-07-18 Texas Instruments Incorporated Ceramic semiconductors
JPS5220291A (en) * 1975-08-08 1977-02-16 Tdk Corp Semiconductor porcelain composition
JPS54105113A (en) * 1978-02-06 1979-08-17 Ngk Insulators Ltd Barium titanate base positive characteristic porcelain
DE3917570A1 (en) * 1989-05-30 1990-12-06 Siemens Ag Electrical ceramic component esp. cold conductor - has over-doped surface giving increased breakdown resistance

Also Published As

Publication number Publication date
DE1941280A1 (en) 1970-04-16
DE1941280B2 (en) 1971-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2552127C3 (en) Ceramic semiconductors for self-regulating heating elements
DE2904276B2 (en) Ceramic materials made from homologues of barium titanate
DE68911774T2 (en) Ceramic semiconductors.
DE2308073B2 (en) CERAMIC ELECTRIC RESISTANCE BODY WITH POSITIVE TEMPERATURE COEFFICIENT OF THE ELECTRIC RESISTANCE VALUE AND METHOD FOR ITS MANUFACTURING
EP0040881B1 (en) Voltage-dependent resistor and method of manufacturing it
DE4324655B4 (en) Process for making a barium titanate-based NTC thermistor composition
DE2952884C2 (en)
DE1941280C3 (en) Semiconducting ceramic resistor with positive temperature coefficient
DE1646987C3 (en) Process for the production of polycrystalline disk-shaped, rod-shaped or foil-shaped ceramic PTC thermistors or dielectric or thermistor bodies
DE2345753C3 (en) Metal oxide varistor
DE2512401C3 (en) Thermal detection device
DE69707247T2 (en) CERAMIC MULTILAYER CAPACITOR
DE2445363B2 (en) Ceramic PTC thermistor element
DE3212071A1 (en) INTERGRANULAR INSULATING TYPE DIELECTRIC BODY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
DE2633289A1 (en) IMPROVED ELECTRIC ISOLATORS
DE1003829B (en) Ceramic dielectric body
DE2839551C2 (en) Barium titanate semiconductor ceramic
EP0065806B1 (en) Voltage-dependent resistor and its manufacturing process
EP0066333A2 (en) Non-linear resistor and its manufacturing process
DE2225431C2 (en) Metal oxide varistor containing ZnO
DE2626513C3 (en) Process for the targeted setting of cold resistance, nominal temperature, hot resistance, increase in resistance or dielectric strength of ceramic PTC thermistor bodies
DE1182131B (en) Ferroelectric ceramic semiconductor
CH630487A5 (en) Method for producing a metal-oxide varistor having a low voltage rise at a high current density, a varistor produced using this method and use of the same
DE69700268T2 (en) Dielectric ceramic composition
DE2303333C2 (en) Metal oxide varistor containing ZnO

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)