DE2117009C3

DE2117009C3 - Nicht gleichrichtendes, monostabiles Festkörperbauelement und Verfahren zum Herstellen

Info

Publication number: DE2117009C3
Application number: DE2117009A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Nagasawa; Hiroyuki Watanabe
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1970-08-19
Filing date: 1971-04-02
Publication date: 1978-05-18
Also published as: DE2117009B2; DE2117009A1; FR2104172A5; NL7108055A; GB1358930A

Description

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3 241 009, 3 271 591 und 3 177 013). Da Chalcogenid- Eine weitere Entwicklung der vorliegenden Erfin-

gläser und ihre Rohmaterialien sehr giftig und ziemlich dung besteht darin, daß das nicht gleichrichtende,

unstabil in oxydierender Atmosphäre sind, insbeson- monosiabiie Festkörperbauelement nach einem Ver-

dere bei hohen Temperaturen, ist der Merstellungs- fahren hergestellt wird, welches dadurch gekenn-

vorgang für Bauelemente, die diese Materialien ver- 5 zeichnet ist, daß man eine Glasschicht herstellt, die

wenden, sehr kompliziert. Wegen dieses Problems eine Dicke von nicht mehr als 100 μ aufweist und eine

ist es äußerst erwünscht, stabile Bauelemente her- Zusammensetzung hat, die im wesentlichen aus

stellen zu können, die Oxydgläser verwenden. Tellur, Vanadium und Sauerstoff besieht mit einem

Halbleitende Oxydgläser für solche bistabilen bau- zwischen 60:41) und 29: 71 liegenden Aiomverhältnis elemente werden in den USA.-Patentschriften 3241009 io von Tellur/u Vanadium, man eine Elektrode jeweils (V — P — O-, V — Pb — O- und Na — B — Ti — O- an zwei gegenüberliegenden Oberflächen der Glas-Systeme) und 3 271 591 (Te — O-System) offenbart. schicht befestigt und man an die Elektroden ein elek-Diese Bauelemente zeigen im allgemeinen schnelle trisches Feld von mehr als 5 · 10' V/cm Dicke der Übergänge zwischen ihren beiden physikalischen Zu- Glasschicht anlegt. Ein Vorteil dieser Entwicklung ständen, wenn das elektrische Steuersignal (Spannung 15 liegt darin, daß dadurch ein nicht gleichrichtendes oder Strom), das an das Bauelement angelegt wird, Festkörperbauelement mit monostabiler Strom-Spaneinen kristischen Wert erreicht; d. h. die Kennlinie nungs-Kennlinie erhalten wird.

ist bistabil. Diese Bauelemente sind geeignet zur Ver- Es sei darauf hingewiesen, daß die elektrische Aktiwendung in Schalt- und Speicherelementen. Von vierung von nicht gleichrichtenden Fetskörperbaueinigen dieser Materialien ist bekannt, daß sie einen ao elementen mit zwei verschiedenen Widerstandszustäunegativen Widerstand aufweisen, wenn sie sich im den durch Anlegen elektrischer Felder bereits bekannt halbleitenden Zustand befinden, doch sind diese ist (deutsche Auslegeschrift 1 234 880).
Materialien nicht immer geeignet zur Verwendung in Die Erfindung wird an Hand von Ausführungs-Bauelementen mit negativem Widerstand, wie Oszil- beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher latoren und Verstärkern, da sie leicht vom halb- 25 erläutert, in denen
leitenden in den metallischen Zustand schalten. F i g. 1 eine Querschnittsansicht eines Festkörper-

Es ist ebenfalls bekannt, daß gewisse halb'eitende bauelementes mit negativem Widerstand zeigt, und

Oxydgläser Eigenschaften eines negativen Wider- F i g. 2 eine Strom-Spannungs-Darstellung ist, die

Standes zeigen, wenn ausreichende elektrische Lei- das elektrische Verhalten eines solchen Festkörper-

stung zugeführt wird, wie es z. B. von C. F. D r a k e 30 bauelementes zeigt.

et al. in Physica Status Solidi, Vol. 32, 1969, S. 193 bis Bevor mit der genauen Beschreibung von Ausfüh-208 beschrieben wird, wo ein nicht gleichrichtendes rungsbeispielen der Erfindung fortgefahren wird, wird monostabiles Festkörperbauelement der eingangs ge- die Konstruktion eines nicht gleichrichtenden Festnannten Art angegeben ist. Der negative Widerstand körperbauelementes mit negativem Widerstand unter solcher Gläser ergibt sich ebenfalls aus der Selbst- 35 Bezugnahme auf F i g. 1 beschrieben. Eine dünne erwärmung wie im Fall des oben erwähnten kristallinen Glasschicht 1 trägt zwei Elektroden 2 und 3, die jeweils Thermistors und weist deshalb eine relativ lange An- an gegenüberliegenden Oberflächen befestigt sind. Sprechzeit auf ein angelegtes elektrisches Signal auf. Zwei elektrische Zuleitungen 4 und 5 sind leitend mit

Die elektronische Industrie benötigt seit langem den entsprechenden Elektroden 2 und 3 in einem schnelle, nicht gleichrichtende, monostabile Fest- 40 geeigneten Verfahren verbunden, z. B. durch Löten körperbauelemente mit negativem Widerstand, die oder Schweißen oder mit einer elektrisch leitenden glasartiges Material enthalten und sehr stabil sind. Klebepaste. In F i g. 1 sind die beiden Zuleitungen 4 Mit »monostabil« wird ein Bauelement bezeichnet, und 5 mit den beiden Elektroden 2 bzw. 3 durch Lot 6 welches eine I-U-Kennlinie aufweist, die immer nur und 7 verbunden. Eine Federzuleitung aus einem geeinen Wert für Strom oder Spannung besitzt. Mit an- 45 eigneten Material, wie Phosphorbronze, kann auch deren Worten kann seine elektrische Eigenschaft voll- an Stelle der Leitungen 4 oder 5 verwendet werden, ständig durch eine einzige kontinuierliche Kurve in so daß das Lot 6 und 7 wegfallen kann,
der Strom-Spannungs-Darstellung ausgedrückt werden. Die Glasschicht hat eine Dicke im Bereich von 0,3 Solche Bauelemente sind geeignet zur Verwendung als bis 100 μ und hat eine Zusammensetzung, die laut Bauelemente mit negativem Widerstand für z. B. 50 Analyse im wesentlichen aus Tellur, Vanadium und Oszillatoren und Verstärker, und zwar nicht nur bei Sauerstoff besteht. Das Atomverhältnis von Tellur zu Gleichstrom- sondern auch bei Wechselstromschal- Vanadium reicht von 60:40 bis 29:71. Das Atomtungen, verhältnis von Tellur zu Vanadium, auf das hierin

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung Bezug genommen wird, ist definiert als das Verhältnis eines nicht gleichrichtenden, monostabilen Festkörper- 55 der Anzahl der Telluratome zur Anzahl der Vanadiumbauelementes mit einer einzigen kontinuierlichen atome.

Strom-Spannungs-Kennlinie, die Bereiche mit nega- Im allgemeinen sind die Ausgangsmaterialien, die tivem Widerstand aufweist, das aus chemisch stabilen zur Herstellung des Glases verwendet werden, hoch-Oxydgläsern besteht, und auf ein angelegtes elek- reine chemische Reagenzien, Tdlurdioxyd und Vatrisches Signal in sehr kurzer Zeit anspricht. 60 nadiumpentoxyd. Ein Gemisch von Tellurdioxyd und

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfin- Vanadiumpentoxyd in einem gegebenen Atomverhältdung bei einem Festkörperbauelement der eingangs nis wird in einen hochreinen Tonerdetiegel eingenannten Art dadurch gelöst, daß die Glasschicht gebracht und in offener Luft bei 750 bis 1000°C geim wesentlichen aus Tellur, Vanadium und Sauerstoff schmolzen, um Glas herzustellen. Danach wird das besteht, daß das Atomverhältnis von Tellur zu Va- 65 Glas auf Raumtemperatur abgekühlt. In einigen nadium zwischen 60: 40 und 29 : 71 liegt und daß die Fällen wird das Glas zur schnellen Abkühlung in Glasschicht eine Dicke von nicht mehr als 100 μ auf- kaltes Wasser gegossen,
weist. Die Glasschicht 1 des Festkörr>erbauelemerites kann

nach jedem geeigneten Verfahren hergestellt werden. element monostabile Eigenschaften hat. Die Wirksam

Zum Beispiel wird ein Stück des Glasblockes in einem keit des negativen Widerstandes eines Festkörper

Schmelztiegel bis zur Schmelze erhitzt, eine kleine bauelementes ist abhängig von den für die Clektrodei

Menge des geschmolzenen Glases wird am einen Ende verwendeten Materialien. Mit »Wirksamkeit des nega

eines Rohres aus feuerfestem Material, wie Tonerde, 5 tiven Widerstandes« wird die relative Breite des Span

angebracht und dann wird das geschmolzene Glas nungsbercichcs gemeint, in dem das Festkörper

durch Zuführung eines geeigneten fließgases, wie Luft, bauelement einen negativen Widerstand zeigt, wie e:

Sauerstoff oder Stickstoff, vom anderen Finde des später genauer beschrieben wird. Eine ausgezeichnet«

Rohres geblasen. Eine Glasschicht mit ziemlich gleich- Wirksamkeit wird erhalten, wenn mindestens eine dei

förmiger Dicke von 0,3 bis 100 μ kann nach diesem io beiden Elektroden aus Aluminium oder Gold besteht

Verfahren hergestellt werden. Die Dicke der Glas- Unter verschiedenen Elektrodenmaterialien bilde

schicht kann durch Regulierung der Glastemperatur Kohlenstoff die stabilste Elektrode für eine Langzeit

und/oder der Fließgeschwindigkeit des Blasgases ge- Stabilität der erhaltenen Festkörperbauelemente. Dei

steuert werden. Ein weiteres Verfahren zur Her- Grund dafür ist, daß Kohlenstoff sehr inaktiv is

stellung der Glasschicht ist das Schleifen und Polieren 15 gegenüber den Gläsern,

eines Giasbiockes zu einer Glasplatte. Im aligemeinen hat ein nach dem oben beschriebener

Die Elektroden 2 und 3 werden auf irgendeine Weise Verfahren hergestelltes Festkörperbauelement einer

an der Glasschicht befestigt, wie durch Vakuum- sehr hohen elektrischen Widerstand und zeigt keiner

ablagerung eines Metalls oder durch Auftragen einer negativen Widerstand beim ersten Anlegen einer elek

leitenden Paste. Im allgemeinen ergeben dickere Elek- 20 trischen Spannung. Gemäß der Erfindung wurde ent

troden eine bessere Langzeitstabilität des fertigen deckt, daß die Glasschicht einer »elektrischen Akti

Festkörperbauelementes. Vorzugsweise werden Elek- vierung« unterworfen werden muß. Der elektrisch«

troden verwendet, die dicker als 0,5 μ sind. Aktivierungsvorgang gemäß der vorliegenden Erfin·

Gläser, die Tellur und Vanadium in einem Atom- dung besteht aus dem Anlegen eines elektrischer verhältnis von mehr als 60: 40 enthalten, neigen zum 25 Feldes von mehr als 5 · 10⁴ V/cm Dicke, vorzugsweis« Übergang vom halbleitenden Zustand in den metal- mehr als 2 · 10⁵ V/cm Dicke an die Glasschicht de! tischen Zustand und umgekehrt, d. h., sie neigen zur Festkörperbauelementes zwischen den beiden Elek· Bistabilität. Diese Gläser sind nicht geeignet ?ur Ver- troden. Das elektrische Feld zur Aktivierung kann ent Wendung als Bauelemente mit negativem Widerstand. weder von einer Wechsel- oder von einer Gleichstrom-Gläser, die Tellur und Vanadium in einem Atom- 30 quelle geliefert werden. Ein elektrisches Feld in dei verhältnis von weniger als 29: 71 enthalten, haben Form eines Impulses ist ebenfalls anwendbar,
sowohl monostabile Kennlinien als auch die Wirkun- Es wird jetzt ein darstellendes Beispiel für einer gen negativer Widerstände. Der negative Widerstands- Aktivierungsvorgang gegeben. Ein Spannungsimpuli effekt dieser Gläser ist jedoch ziemlich klein, und sie mit einer Amplitude von z. B. 300 V und einer Breiu besitzen eine relativ lange Ansprechzeit hinsichtlich 35 von z. B. 2 · 10~⁴ Sekunden wird an eine Reihen eines angelegten elektrischen Signals, und sie können schaltung eines Festkörperbauelementes, dessen Glas deshalb nicht für den sehr schnellen elektrischen Be- schicht eine Dicke von z. B. 10 μ hat, mit einem Last trieb verwendet werden. Gläser mit Tellur und Va- widerstand von z. B. 100 kOhm, der den Strom be nadium in einem Atomverhältnis von 60: 40 bis grenzt, angelegt. Der elektrische Widerstand des Fest 29 : 71 können zur Herstellung von Bauelementen ver- 40 körperbauelementes wird wesentlich reduziert durcl wendet werden, die sowohl monostabile Kennlinien die elektrische Aktivierung. Wenn elektrische Spannung als auch sehr schnelle negative Widerstandswirkungen an das aktivierte Festkörperbauelement angelegt wird besitzen. zeigt dieses negative Widerstandswirkungen. Fest

Die Dicke der Glasschicht 1 in dem Bauelement hat körperbauelemente mit Glasschichten von mehr all

einen signifikanten Einfluß auf die erhaltenen Eigen- 45 100 μ Dicke erfordern eine Aktivierungsspannung vor

schäften. Im allgemeinen neigen Glasschichten mit mehr als 500 V, vorzugsweise mehr als 2000V, wa!

einer Dicke von mehr als 100 μ zum Übergang in einen technische Schwierigkeiten hervorrufen kann,

isolierenden Zustand, und weiterhin durchlaufen sie Die elektrischen Eigenschaften der Festkörper

eine elektrische Aktivierung nur mit Schwierigkeit, bauelemente werden auf folgende Weise gemessen

wie es später genauer beschrieben wird. Die untere 50 Eine Reihenschaltung aus einem Festkörperbauelemen

Grenze der anwendbaren Dicke ist nicht so signifikant und einem Widerstand von z. B. 200 kOhm wird ar

wie die obere Grenze, doch im allgemeinen neigen eine 60-Hz-Wechselspannung gelegt. Die Strom

Festkörperbauelemente mit Glasschichten, deren Dicke Spannungs-Kennlinie wird direkt auf einem Oszillo

unter 0,3 μ liegt, zu bistabilen Kennlinien. Die Dicke graphen beobachtet.

der Glasschicht beeinflußt auch die Ansprechzeit des 55 Eine Darstellung der Strom-Spannungs-Kennlinii

fertigen Festkörperbauelementes. Festkörperbauele- eines Festkörperbauelementes wird in F i g. 2 gezeigt

mente mit dünneren Schichten haben im allgemeinen Es ist zu sehen, daß die Kennlinie nicht gleichrichter

kürzere Ansprechzeiten. Festkörperbauelemente mit und monostabil ist und aus drei bestimmten Bereiche!

Glasschichten unter 35 μ Dicke haben extrem kurze besteht, die durch die beiden kritischen Punkte P van

Ansprechzeiten, typisch 10~⁶ Sekunden, und sind 60 Q voneinander getrennt sind. Es handelt sich dabe

brauchbar in elektrischen Hochfrequenzschaltungen. um einen hochohmigen Bereich HR, der durch einei

Vorzugsweise bestehen die beiden Elektroden 2 und 3 positiven und relativ großen dhTerentiellen Widerstani

aus einem Material aus der Gruppe, die Titan, Eisen, gekennzeichnet ist, einen Bereich NR mit negativen

Nickel, Zirkon, Molybdän, Aluminium, Gold und Widerstand, der durch einen Anstieg des Stromes be

Kohlenstoff umfaßt. Die Elektrode sollte chemisch 65 abnehmender Spannung gekennzeichnet ist, und einei

inaktiv sein in bezug auf die Gläser, und wenn die niederohmigen Bereich LR, der durch einen positive)

Elektrode aus einem Material der obigen Gruppe und relativ kleinen differentiellen Widerstand gekenn

besteht, dann stellt dies sicher, daß das fertige Bau- zeichnet ist Das Verhältnis VpJVq, d. h. der Spannunj

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Γ/· am Punkt /' zur Spannung >',_, am Punkt Q, ist ein Beispiel 2 Maß für die Wirksamkeit der negativen Widerstandswirkung. Das Verhältnis ist abhängig von den ver- Das Glas dieses Beispiels war das gleiche, wie das wendeten Flcktrodenmaterialicn. Bemerkenswert große des Beispiels 1. Ein Glasfilm mit einer Dicke von 35 μ Werte, d. h. ein besonders wirksamer negativer Wider- 5 wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 herstand, können erhalten werden, wenn mindestens eine gestellt. Ein Festkörperbauelement wurde nach dem der beiden Elektroden des leslkörperbauelemcntcs gleichen Verfahren wie im Beispiel 1 hergestellt. Ein aus Aluminium oder Gold besteht. Spannungsimpuls mit einer Amplitude von 350 V und

Das Festkörperbauelement gemäß der Erfindung ist einer Breite von 3-10 ³ Sekunden und ein Reihenselir stabil und spricht schnell auf ein angelegte:. io widerstand von 300 kOhm wurden zur Aktivierung elektrisches Signal an. Fs gibt vicie Anwendungen des leslkörperbauelemcntcs verwendet. Ein Spanähnlich denen für Festkörperbauelemente mit ncga- nungsimpuls mit einer Amplitude von 24 V und ein tivem Widerstand, die aus kristallinen Halbleitern Reihenwiderstand von 6 kOhm wurden zur Messung bestehen und gut bekannt sind. Das Festkörper- der Ansprechzeit verwendet. Die elektrischen Figenbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist 15 schäften des Festkörperbauelcmentes werden in Tabesondcrs geeignet zur Steuerung von Wechselstrom- belle 1 gezeigt. Lastschallungen, da es eine hinsichtlich der Polarität

des angelegten Feldes symmetrische Strom-Spannungs- Beispiel 3 Kennlinie aufweist.

20 Ein Glas ähnlich dem des Beispiels 1 mit einem

Beispiel 1 Tellur-Vanadium-Atomverhältnis von 29:71 wurde

durch Schmelzen eines Gemisches von 12,5 g TeO₂

Ein im wesentlichen aus Tellur, Vanadium und und 17,5 g V₂O₅ bei 950 C in Luft für eine Stunde und

Sauerstoff bestehendes Glas mit einem Atomverhältnis Luftabschreckung auf Raumtemperatur hergestellt,

von 43 : 67 von Tellur zu Vanadium wird durch 25 Ein Glasfilm mit einer Dicke von etwa 8 μ wurde auf

Schmcl/cn eines Gemisches von 17,1 g TcO₂ und die gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellt. Ein

12,9 g V₂O₅ bei 950 C in Luft für 2 Stunden und Luft- Festkörperbauelement wurde nach dem im Beispiel 1

abschreckung auf Raumtemperatur hergestellt. Ein angegebenen Verfahren hergestellt. Eine Wechscl-

Glasfilm mit einer Dicke von etwa 2 μ wird auf fol- spannung von 60 Hz und einer Spilzcnspannung von

gendc Weise hergestellt: Ein Stück des Glasblockcs 30 160 V und ein Reihenwiderstand von 200 kOhm

V(IiIi Schmelztiegel wird in einem Toncrdeliegel bei wurden zur Aktivierung verwendet. Die Ansprechzeit

etwa 600 C zum Schmcl/cn gebracht. Eine kleine des Fcslkörpcrhauclcmcntcs wurde unter Verwendung

Menge des geschmolzenen Glases wird an einem Ende eines Spannlingsimpulses von 10,6 V und eines Reihen-

cincs Tonerderohres von 2 mm innendurchmesser Widerstandes von 4 kOhm gemessen. Die elektrischen

und 3 mm AuHendurchmesscr sowie 150 mm Länge 35 Eigenschaften des Festkörperbauelcmentes werden in

angebracht und dann durch Zuführung von Stickstoff- der Tabelle 1 gezeigt, gas vom anderen Ende des Rohres aufgeblasen. Eine

Nickclplattc mit einer 1 lache von 3 ■ 3 mm² und einer Beispiel 4 Dicke von 0,5 mm und mit ebener, sauberer Oberfläche

wurde als Träger verwendet. Eine Glasschicht mil einer 40 Ein Glas ähnlich dem des Beispiels 1 mit einem

Fläche von 1,5 · 1,5 mm² wurde aus dem Glasfilm Tcllur-Vanadium-Atomvcrhältnis von 60:40 wurde

herausgeschnitten und auf der sauberen Oberfläche durch Schmelzen eines Gemisches von 21,7 g TeO₂ und

der Nickclplattc mit einer leitenden Paste befestigt, 8,3 g V₂O₅ bei 950 C in Luft für 1 Stunde und Luft-

dic Graphit in Dispersion enthält, um die Basis- abschreckung auf Raumtemperatur hergestellt. Ein

elektrode des Bauelementes zu bilden. Eine kreis- 45 Glasfilm mit einer Dicke von etwa 1 μ wurde auf die

förmige Gegenelektrode mit einem Durchmesser von gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellt. Eine

etwa 0,5 mm wurde an der der Nickelplatte gegen- Wechselspannung von 60 Hz mit einer Spitzenspan-

überlicgcnden Oberfläche der Glasschicht durch nung von 57 V und ein Reihenwidersland von 50 kOhm

Vakuumablagerung von Aluminium aufgebracht. Eine wurden zur Aktivierung verwendet. Die Ansprechzeil

Kupferzulcitung mit einem Durchmesser von 0,3 mm 50 des Fcstkörperbauelementes wurde unter Verwen-

wurdc an eine Kante der Nickclplatte angeschweißt. dung eines Spannungsimpulses von 5,0 V und eines

Eine Federzuführung aus Phosphorbronze wurde Reihenwiderstandes von 2 kOhm gemessen. Die elek-

leitcnd mit der Gegenelektrode durch Federwirkung Irischen Eigenschaften des Festkörperbauelementes

verbunden. Die elektrische Aktivierung des Bau- werden in der Tabelle 1 angegeben, elementes wurde mit einem Spannungsimpuls mit 55

einer Amplitude von 85 V und einer Breite von 10"³ Se- Beispiel 5 künden über einer Reihenschaltung des Festkörper bauelementes mit einem Widerstand von 50 kOhm Ein Festkörperbauelement wurde nach dem gleichen durchgeführt. Die Ansprechzeit des Festkörperbau- Verfahren wie im Beispiel 1 hergestellt, doch hatte elementes wurde durch Anlegen eines Spannungs- 60 die Glasschicht eine Dicke von etwa 0,3 μ. Ein Spanimpulses von 7,0 V (zweimal Vp) an die Reihen- nungsimpuls mit einer Amplitude von 40 V und einer schaltung des Festkörperbauelementes mit einem Breite von 10 ⁴ Sekunden und ein Reihenwiderstand Widerstand von 2,5 kOhm gemessen, wobei auf einem von 50 kOhm wurden zur Aktivierung verwendeL Die Oszillographen die Zeit beobachtet wurde, die der Ansprechzeit des Festkörperbauelementes wurde mit Strom zum Erreichen von 90°/„ des Gleichgewichts- 65 einem Spannungsimpuls von 4,0 V und einem Reihenwertes benötigte. Die elektrischen Eigenschaften ein- widerstand von 2 kOhm gemessen. Die elektrischen schließlich der Ansprechzeit des Festkörperbauele- Eigenschaften des Festkörperbauelementes werden in mentes werden in der Tabelle 1 gezeigt. der Tabelle 1 angegeben.

Beispiel 6

Das Glas dieses Beispiels war das gleiche wie das des Beispiels 1. Die Glasplatte mit einer Fläche von etwa 0,1 cm² und einer Dicke von etwa 100 μ wurde durch Abschleifen eines Glasslückes mit einem Tonerde-Schleifpulver hergestellt. Zwei Elektroden mit je 0,5 mm Durchmesser wurden durch Vakuumablagerung von Aluminium auf gegenüberliegenden Oberflächen der Glasplatte angebracht. Zwei elektrische Zuführungen wurden an den Elektroden unter

Verwendung einer Klebepaste, in der Silber dispergiert ist, angebracht. Das so aufgebaute Festkörperbauelement wurde unter Verwendung einer 60-Hz-Spannung mit einer Spitzenspannung von etwa 500 V und einem Reihenwidersland von 1 MOhni aktiviert. Die Ansprechzeit des Festkörperbauelenientes wurde unter Verwendung eines .Spannungsimpulses von 50 V und eines Reihenwiderstandes von 8 kOhm gemessen. Die elektrischen Eigenschaften des Festkörperbauelementes

ίο werden in der Tabelle 1 gezeigt.

	Glasst Zusammen setzung	nicht Dicke	VAV)	Tabelle	1	<mA)	V_v Wo	Ansprechzeit
Beispiel	(Te: V)	(μ)	3,5	Elckt		0,7	3,5	(see)
	43:57	2	12	(niA)	rischc Eigenschaften Vo Io	1,1	3,0	1,5· 10-·
I	43:57	35	5,3	0,3	(V)	1,5	2,9	2,5· 10-·
2	29:71	8	2,5	0,4	1,0	0,3	3,6	8,0 · H) ⁷
3	60:40	1	2,0	0,6	4,0	1,5	3,3	1,1 · 10-'
4	43:57	0,3	25	0,1	1,8	0,3	2,1	2,4· 10 ⁷
5	43:57	100	0,1	0,7			1,8· 10 ³
6			0,5	0,6
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Beispiel 7

Der Glasfilm dieses Beispiels war der gleiche wie im Beispiel 1 hinsichtlich der Zusammensetzung und der Dicke. Sieben Glasschichten ähnlich dem Beispiel 1 wurden aus dem Glasfilm herausgeschnitten und entsprechend auf saubere Oberflächen von Platten aus Titan, Nickel, Eisen, Zirkon, Molybdän, Aluminium und Gold mit den gleichen Abmessungen wie die Nickelplalte im Beispiel 1 aufgebracht. Die Glasschichten wurden an den entsprechenden Metallplatten durch Erwärmung auf 350" C für 1 Stunde in einer Stickstoffgasatmosphäre befestigt. Eine Gegenelektrode und zwei elektrische Zuleitungen wurden jeweils wie im Beispiel 1 angebracht. Die Festkörperbauelemente wurden nach dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 1 aktiviert. Die elektrischen Eigenschaften der Festkörperbauelemente werden in der Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Elektrodenmaterial	Titan	v, (V)	/, (mA)	EIck	Irische Eigenschaf Vo (V)	ten	/<l (mA)	VpiVo
Nickel	3,7	0,3		7 7		0,75	1,7
Eisen	3,2	0,35		1,7		0,8	1,9
Zirkon	4,1	0,⁷5		3,0		0,9	1,4
Molybdän	3,0 4,0 3,6 3,5	0,3 0,25 0,3 0,3		1,6 2,9 1,0 0,7		0,8 0,9 0,7 0,7	1,9 1,4 3,6 5,0
Aluminium..
Gold

Beispiel 8

Drei Festkörperbauelemente wurden nach dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 1 hergestellt und aktiviert, doch waren die Gegenelektroden dieses Beispiels aus im Vakuum abgelagertem Titan, Gold bzw. Kohlenstoff. Eine 60-Hz-Spannung mit einer Spitzen spannung von 14 V wurde über jedem Festkörperbauelement in Reihenschaltung mit einem Widerstand von 6 kOhm angelegt. Die Änderung des Wertes von Vp wurde für jedes Festkörperbauelement nach 24, 100 und 500 Betriebsstunden gemessen. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 3 zusammen mit den elektrischen Eigenschaften der Festkörperbauelemente angegeben.

	*v_P* (V)	eckt Ip (mA)	Tabelle	3	VpIV₀	Ände 24 StJ.	rung \on \ 100 Std.	P, (·'■,.) SOO Std.
Elektrodenmaterial	4,1 3,0 3,5	0,2 0,3 0,25	rische Eigcnscl Vo (V)	aftcn Io (mA)	1,6 5,0 1,8	+ 4,2 r 1,0 + 0,3	15,1 + 1,4 fO,4	+5,4 Ϊ2.0 +0,4
Titan		2,5 0,6 2,0	0,8 0,7 0,85
Gold
Kohlenstoff

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 und sind nicht immer zur Steuerung einer Wechsel-Patentansprüche: strom-Lastschaltung geeignet. Da kristalline Halbleiter im allgemeinen empfindlich sind gegenüber der

1. Nicht gleichrichtendes, monostabiles Fest- Anwesenheit kleiner Mengen von Fremdatomen, ist körperbauelement, dessen Strom-Spannungskenn- 5 das Herstellungsverfahren für Festkörperbauelemente, linie einen Bereich mit negativem Widerstand auf- die diese Materialien verwenden, sehr kompliziert, weist und das aus einer Vanadium und Sauerstoff Man möchte jedoch stabile Festkörperbauelemente enthaltenden Glasschicht besteht, an der an zwei mit negativem Widerstand unter Verwendung glasgegenüberliegenden Oberflächen je eine Elektrode artiger Materialien herstellen können, die im allangebracht ist, dadurch ge k e η η ze i c h- io gemeinen unempfindlich sind gegenüber der Anne t, daß die Glasschicht (1) im wesentlichen aus Wesenheit von Fremdatomen.

Tellur, Vanadium und Sauerstoff besteht, daß das Es ist bekannt, daß »Thermistoren« genannte elek-Atomverhältnis von Tellur zu Vanadium zwischen trische Bauelemente, die aus bestimmten, halb-60: 40 und 29 : 71 liegt und daß die Glasschicht (1) leitenden, kristallinen Oxyden hergestellt sind, Eigeneine Dicke von nicht mehr als 100 μ aufweist. 15 schäften eines negativen Widerstandes zeigen, wenn

2. Festkörperbauelement nach Anspruch 1, da- eine ausreichende elektrische Leistung zugeführt wird, durch gekennzeichnet, daß die Glasschicht (1) Der negative Widerstand eines Thermistors ergibt nicht dicker als 35 μ ist. sich aus der Selbsterwärmung des Thermistormaterials,

3. Festkörperbauelement nach Anspruch 1, da- dem ein thermaler Weglauf folgt, und im allgemeinen durch gekennzeichnet, daß die Glasschicht (1) 20 zeigt der Thermistor eine lange Ansprechzeit auf ein nicht dünner als 0,3 μ ist. angelegtes elektrisches Signal. Die hier erwähnte An-

4. Festkörperbauelement nach Anspruch 1, da- Sprechzeit ist definiert als die Zeit, die erforderlich ist, durch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden damit der Strom durch das Bauelement 90°/„ des (2, 3) im wesentlichen aus einem Material besteht, Gleicbgewichtswertes erreicht nach dem Anlegen des welches aus der Gruppe von Titan, Nickel, Eisen, 25 elektrischen Feldes. Es war im allgemeinen schwierig, Zirkon, Molybdän, Aluminium, Gold und Kohlen- einen Thermistor als negatives Widerstandselement in stoff ausgewählt ist. einer elektrischen Schaltung für hochfrequenten Strom

5. Festkörperbauelement nach Anspruch 1, da- von mehr als 60 Hz zu verwenden.

durch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Vanadiumdioxyd (VO₂), bei dem es sich um eines

beiden Elektroden (2, 3) im wesentlichen aus Alu- 30 der Thermistormaterialien handelt, zeigt bekannter-

minium besteht. weise eine abrupte Widerstandsänderung bei seiner

6. Festkörperbauelement nach Anspruch 1, da- Phasenübergangstemperatur (67°C). Es ist deshalb durch gekennzeichnet, daß mindestens eine der möglich, ein sehr schnelles, nicht gleichrichtendes Baubeiden Elektroden (2, 3) im wesentlichen aus Gold element mit negativem Widerstand herzustellen unter besteht. 35 Verwendung kleiner Teilchen oder dünner Filme von

7. Festkörperbauelement nach Anspruch 1, da- VO₂ mit einer Dicke von weniger als 10 μ, wie es z. B. durch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden in der deutschen Patentschrift I 253 837 beschrieben (2, 3) im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehen. wird. Yanadiumoxyd ist chemisch stabil in einer Form

8. Verfahren zur Herstellung eines Festkörper- von V₂O₅ oder V₂O₃ bei gewöhnlichen Bedingungen, bauelementes nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 40 Der Herstellungsvorgang für VO₂, insbesondere in der zeichnet, daß man eine Glasschicht herstellt, die Form dünner Filme, ist sehr kompliziert und deshalb eine Dicke von nicht mehr als 100 μ aufweist und sehr teuer.

eine Zusammensetzung hat, die im wesentlichen Es ist bekannt, daß gewisse glasartige Halbleiteraus Tellur, Vanadium und Sauerstoff besteht, mit materialien in mindestens zwei physikalischen Zueinem zwischen 60: 40 und 29 : 71 liegenden Atom- 45 ständen existieren: einem halbleitenden Zustand, der verhältnis von Tellur zu Vanadium, man eine gekennzeichnet ist durch einen relativ hohen elek-Elektrode jeweils an zwei gegenüberliegenden Ober- irischen Widerstand, und einem metallischen Zustand, flächen der Glasschicht befestigt und man an die der durch einen relativ niedrigen elektrischen WiderElektroden ein elektrisches Feld von mehr als stand gekennzeichnet ist. Die elektrische Kennlinie 5 · 10' V/cin Dicke der Glasschicht anlegt. 50 dieser Sorte eines halbleitenden Glases ist ausgedrückt

durch zwei diskrete Kurven in einer Strom-Spannungs-Darstellung, die dem halbleitenden bzw. dem metal-

lischen Zustand des Materials entsprechen. Bauelemente, die diese halbleitenden Gläser verwenden, 55 werden allgemein als »bistabil« gekennzeichnet. Im Gegensatz zu Bauelementen, die kristalline HaIb-

Diese Erfindung betrifft ein nicht gleichrichtendes, leitermaterialien verwenden, sind solche Bauelemente monostabiles Festkörperbauelement, dessen Strom- gekennzeichnet durch das Fehlen der Gleichrichtung. Spannungskennlinie eintn Bereich mit negativem Mit anderen Worten sind ihre elektrischen Kennlinien Widerstand aufweist und das aus einer Vanadium und ⁶° symmetrisch hinsichtlich der Polarität angelegter Sauerstoff enthaltenden Glasschicht besteht, an der an elektrischer Felder. Solche Bauelemente sind deshalb zwei gegenüberliegenden Oberflächen je eine Elektrode besonders geeignet zur Steuerung von Wechselstromangebracht ist. Lastschaltungen, obgleich sie nicht einfach anwendbar Festkörperbauelemente mit negativem Widerstand sind zur Steuerung von Gleichstrom-Lastschaltungen, sind nach dem Stand der Technik gewöhnlich aus 65 Die meisten halbleitenden Gläser, die als brauchbar kristallinen Halbleitern hergestellt, im wesentlichen für aktive Bauelemente bekannt sind, wie sie oben aus Germanium und Silizium. Die meisten von ihnen erwähnt wurden, gehören zur Kategorie der »Chalcohaben gleichrichtende Strom-Spannungs-Kennlinien genidgläser« (siehe z. B. die USA.-Patentschriften