DE2921497A1 - Substrat fuer keramische halbleiterwiderstaende und herstellungsverfahren - Google Patents

Substrat fuer keramische halbleiterwiderstaende und herstellungsverfahren

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DE2921497A1
DE2921497A1 DE19792921497 DE2921497A DE2921497A1 DE 2921497 A1 DE2921497 A1 DE 2921497A1 DE 19792921497 DE19792921497 DE 19792921497 DE 2921497 A DE2921497 A DE 2921497A DE 2921497 A1 DE2921497 A1 DE 2921497A1
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Germany
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substrate
powder
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substrate structure
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Withdrawn
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DE19792921497
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English (en)
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Hans-Peter Dipl Phys Brueckner
Dieter Dr Rer Nat Buehling
Rainer Dipl Ing Kretzschmar
Reinhard Dipl Phys Mueller
Gerd Owsian
Andreas Dr Rer Nat Schoenecker
Evi Schumann
Guenter Sternal
Guenter Dr Ing Weise
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HERMSDORF KERAMIK VEB
Keramische Werke Hermsdorf VEB
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HERMSDORF KERAMIK VEB
Keramische Werke Hermsdorf VEB
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-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
    • H01C7/10—Non-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 voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/105—Varistor cores
    • H01C7/108—Metal oxide

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

Substrat für keramische Halbleiterwiderstände und Herstellungeverfahren
AnwendungBgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektronik. Objekte» bei denen die Anwendung der Erfindung möglich und zweakmäßig ist, sind Zinkoxidsubsträte und deren Herstellung fUr Niederspannungsveristoren«
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Es sind bereite keramische Halbleiterwiderstände mit nichtlinearer elektronischer Leitfähigkeit bekannt* die aue einem Körper bestehen, der Zinkoxidkörner ale Grundsubstanz enthält und bei dem «wischen den Qrundsubetenekörnern Metalloxide oder Metallmiechoxide als Additiv« vorhanden Bind» Von den augesetzten Additiven bewirken nur einige wenige, wie insbesondere Wismutexld, die Bildung elektrischer Barrieren, welche die nichtlineare Leitfähigkeit dee Widerstände zur Folge habene
Zur Herstellung dieser tilchtllnearen Widerstand« 1st es U0 a· bekannt, das Zinkoxidpulver mit oder ohne aetalloxidisohe Dotierungeoaterlalien zu einem Körper au verpressen und diesen zu sintern« Dae «ο erhaltene Substrat wird anschließend mit einer Faste bedeckt, die als festen Bestandteil Wismutoxid enthält· Danaoh wird das Substrat erwärmt, so daß das
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Wiamutoxid schmelzriUaeig wird und aioh duroh reaktive Diffusion entlang der Korngrenzen im gesamten Substrat verteilte
Die bekannten Substrate eind nicht zur Herstellung keramischer Halbleiterwiderstände mit Einsatzspannungen <20 Y geeignet bei denen sich ein aufgebrachtes Metall- oder Me tallmischoxid entweder auf dem Substrat ale separatee Makroelement unter Bildung eines Phasengrenzgebietee mit definiertem KonzentratIonsprofil oder im Subatrat in einer Sohicht definierter Dicke befindet. Die Ursachen dafür bestehen in einer ungenügenden Dichte und Korngrenzenstruktur der Substrate, die daau führen, daß das aufgebrachte Metall- oder Me tallmisehexid bei der fäimebehandlung unkontrollierbar und ungleichmäßig eindiffundiert» wodurch eine reproduzierbare Einstellung und homogene Ausbildung der Widerstandswerte nicht gewährleistet ist«.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung beeteht In der Sohaffung -von Voraussetzungen für die Herstellung -von Substraten» die ftlr keramische HalblelterwiderstSnde mit nichtlinearer elektrischer Leitfähigkeitt insbesondere für Zinkoxid-Niederspannungsvaristoren, geeignet eind·
Darlegung dee Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die mit der Erfindung erstmals gelöste Aufgabt sugrunde» sin Substrat in Form eines Sinterkörper«f bestehend «us einem halbleitenden Metalloxidpulver und Dotierungsmaterialien, au entwickeln» bei dem das reaktive Eindiffundieren einer sohoslsflussigen Metalloxid- oder Metallaiaehoxidphase an den Korngrenzen herabgesetzt ist und gleichen Big erfolgte
Diese Aufgabe ist naoh der Erfindung mit einem Substrat ge-
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163SIr* 1S-SOi ' vv fre'tnrg Ag 3Ο7ΠΪ-7ff/iS'4 106 U!
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löst, bei dem sich an den Korngrenzen de« Metalloxidpulvers Ausscheidungen der Dotierungsmaterialien befinden und/oder bei den das Substratgefüge eine Textur besitzt und/oder grobkristallin ist.
Bei der grobkristallinen Ausbildung dea SubstratgefUges besitzen die Pulverkörner des Substrats eine mittlere Kriatallitgraße > 30 yua«
Nach der Erfindung werden bei der Herstellung dea Substrate zur Erzielung der Ausscheidungen dem Metalloxidpulver Dotierungamaterialien in einer die Löslichkeit dea Metalloxidpulvers Übersteigenden Konzentration zugemiechto Die Textur des Subetratgeftigee wird durch Formgebung der grünen Keramik und durch Langzeitsinterung in Sauerstoffatmoaphäre erzielte· Als Dotierungemateriellen werden Oxide» Fluoride oder hydrolyaierbare Salze des Kobalts,.Nickels« Chrome, Titans, Mangana und Aluminiums verwendete
AusfUhrungsbeieplel
Belaplel 1
Zinkoxidpulver wird mit 0,5 bo1£ Kobaltoxid, 0,5 moljC Titanoxid und 0,25 mol£ Mangandioxid dotiert« DIt Zugabe der Dotierungematerialien erfolgt in Form wasserlöslicher Salze0 Danach werden unter Zusatz von organischen Verbindungen aus der Misohung 1 mm dicke Folien gewalzte Aus den Folien werden Scheiben mit «ine» Durchmesser von 4»2 mm geschnitten, die naeh einer Wärmebehandlung zur Entfernung Αββ Wassere und der organischen Bestandteile In SäuerstoffatmoaphSre 25 Stunden bei 1350 0C gesintert werden« Die so hergestellten Substrate besitzen eine raaterelektronenmikrogkopisoh glatte Oberfläche· Die Zinkoxidkörner aind polyedriaoh, und an den Korngrenzen befinden »loh feinteilige Ausscheidungen der Dotlerungsmaterialleno Nach einer Beschichtung der Substrate mit einem Metallmiach-
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"" Λ — TaxiteHt Nr. zum Tec/witchen Bericht Nr.
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oxid, bestellend aus 71,5 Gewe?6 Wismutoxid, 13,7 Gew„# Antimon(III)-oxid und 14,8 Gewo# Zinkoxid ergeben sich NIederapannungavariatoren mit einer nichtlinearen Strem-Spannungaoharakteriatik, die folgende Werte besitzt! U1 (bei J-I(T4A) - 2,8 V, U2 (bei J-IO-3A) - 3,1 T, U3 (bei J«10~2A) »3,6 Y. Daa entspricht einem Nichtlinearitätakoeffizienten i6 (U2AJ1) - 22,6 bzw. aC (U3ZU3) - 15,4·
Beispiel 2
Zinkoxid pulver wird mit 0,5 mol56 Kobaltoxid dotiert. Die Zugabe der Dotierung erfolgt als Kobaltchloride Die Mischung wird eine Stund· in einer Kugelmühle gemahlen. Das eo vorbereitete Pulver wird bei einem Preßdruck 1 t°om~ zu Scheiben von 4,2 «η 0 und 1 mm Höhe verpreßte Die Sinterung erfolgt unter Sauerstoff bei 1370 0C 12 Stunden Die Oberfläche der Substrate ist makroskopisch glatt« Daa Gefügt zeigt im Rasterelektronenmikroskop polyedrische Zinkoxidkörner mit einem mittlaren Korndurchmesser von 41 /um., Die Kornverteilung ist logarithmisch normal bei 1000 ausgemessenen Schnittlängen mit Korndurohmesser.d^ (bei 15,9 % der Häufigkeit) von 27 ^um und dg (bei 84,1 % der Häufigkeit) von 71 /mme Das GefUge zeigt keine luaeoheidungen, da entsprechend dem Zuatandediagramm und der Sinterbehandlung der Proben Kobaltoxid im Zinkoxid in diesen Konzentrationen löslich ist» Sie Untersuchung im Texturgoniometer zeigt eine Vorzugslage der Zinkoxidkörner von JTJ
Hach der Beschichtung der Substrate wie im Beispiel 1 führt die Strom-Spannungsoharakterietik zu folgenden Wertem U1 - 2,8 T, U2 · 3r3 Vt O3 « 3«9 V. Das entspricht einem Hich*linearitä*«koefflzienten ei (U2ZU1) - 14,0 bzw„ W - 13*8«
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Claims (1)

  1. 2921A-97
    Erfindungsanspruch ι
    Substrat in Form eines Sinterkörper, bestehend aus einem halbleitenden Metalloxidpulvor und Dotierungsmaterialien, zur Herstellung keramischer Halbleite»widerstSnde mit nichtlinearer elektrischer Leitfähigkeit dureh reaktives Eindiffundieren einer schmelzflUealgen Hetallmisohoxidphase an den Korngrenzen des Substrats» gekennzeichnet dadurch, daß sieh an den Korngrenzen des Metalloxidpulvers Ausscheidungen der Dotierungematerialien befinden und/oder daß das SubstratgefUge eine Textur besitzt und/oder grobkristallin ist.
    Substrat nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch» daß bei grobkristalliner Ausbildung des SubstratgefUges 4Ie PuI-verkBrner ein« mittlere Krietallitgrttße > 30 ,um besitzen«,
    ο Verfahren zur Herstellung eines Substrate nach Punkt 1» gekennzeichnet dadurch» dafl zur Erzielung der Ausscheidungen dem Metallextdsulver Dotierungsmaterialien in einer die Löalichfceit de· Ketallexldpulvere Übersteigenden Kenzentratlen sugeniseht «erden und daß die Textur dta SubetratgefUge« dureh Formgebung der grünen Keramik und duroh Lang» zeitainterimg in Sauersteffatmoaphäre erzielt wird»
    4· Verfahren nach Tunkt 3» gekennzeichnet dadurch* daß ale Dctierungeaaterialien Oxide, Fluoride oder hydrolyeierbare Salze des Kobalts» Wickele» Chroms, Titane» Hangana und Aluminiums verwendet «erden«,
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    BAD ORIGINAL
    ί-JW VV fntorg A9 3O7I7Z IHM!* 106 ZtZ «„,» ^,
    Jf. OTIO St VX)
DE19792921497 1978-07-20 1979-05-26 Substrat fuer keramische halbleiterwiderstaende und herstellungsverfahren Withdrawn DE2921497A1 (de)

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