JPH0114681B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0114681B2 JPH0114681B2 JP56165273A JP16527381A JPH0114681B2 JP H0114681 B2 JPH0114681 B2 JP H0114681B2 JP 56165273 A JP56165273 A JP 56165273A JP 16527381 A JP16527381 A JP 16527381A JP H0114681 B2 JPH0114681 B2 JP H0114681B2
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- Japan
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- zno
- sample
- voltage
- capacitance
- dielectric constant
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- Expired
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Landscapes
- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、比誘電率等、誘電特性からZnO素子
のＶ−Ｉ特性を評価する方法に関するものであ
る。
のＶ−Ｉ特性を評価する方法に関するものであ
る。
ZnO素子は、主成分であるZnO（酸化亜鉛）と
数種の微量添加物（Bi2O3、Sb2O3、MnO2、
Co2O3、Cr2O3等）よりなる焼結体であり、優れ
た非直線性の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を有する
非直線抵抗体である。このZnO素子は、第１図に
示すように主にZnO粒子１とBi2O3を主体とする
粒界層２より構成されており、優れた電圧−電流
特性の非直線性は、ZnO粒子１間の粒界層、特に
界面に形成される障壁によるものと考えられてい
る。粒界層は、印加電圧の上昇とともに抵抗値が
急激に減少する非オームを有しており、大電流が
流れる領域ではその抵抗が無視し得る程度とな
る。ZnO粒子の固有抵抗が支配する領域では電圧
−電流が比例するようになり、電圧−電流特性は
立ち上がる。第２図は電圧−電流特性の一例を示
すもので、はプレブレークダウン領域、はブ
レークダウン領域、はオーミツク領域であり、
この領域でＶ−Ｉ特性の立ち上がりが見られ
る。
数種の微量添加物（Bi2O3、Sb2O3、MnO2、
Co2O3、Cr2O3等）よりなる焼結体であり、優れ
た非直線性の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を有する
非直線抵抗体である。このZnO素子は、第１図に
示すように主にZnO粒子１とBi2O3を主体とする
粒界層２より構成されており、優れた電圧−電流
特性の非直線性は、ZnO粒子１間の粒界層、特に
界面に形成される障壁によるものと考えられてい
る。粒界層は、印加電圧の上昇とともに抵抗値が
急激に減少する非オームを有しており、大電流が
流れる領域ではその抵抗が無視し得る程度とな
る。ZnO粒子の固有抵抗が支配する領域では電圧
−電流が比例するようになり、電圧−電流特性は
立ち上がる。第２図は電圧−電流特性の一例を示
すもので、はプレブレークダウン領域、はブ
レークダウン領域、はオーミツク領域であり、
この領域でＶ−Ｉ特性の立ち上がりが見られ
る。
如上の大電流領域における電圧−電流特性の立
ち上がりは、ZnO素子を用いた電力機器保護用避
雷器にとつて大きな問題点であり、いかにZnO粒
子の固有抵抗を下げるかが重要課題となる。
ち上がりは、ZnO素子を用いた電力機器保護用避
雷器にとつて大きな問題点であり、いかにZnO粒
子の固有抵抗を下げるかが重要課題となる。
従来、ZnO素子の大電流領域におけるＶ−Ｉ特
性の評価には、制限電圧比（ある一定大電流にお
ける端子間電圧と１ｍＡ流した時の端子間電圧
V1ｍＡとの比）が用いられ、その値が１に近い
程良い特性とされている。この制限電圧比の測定
では、実際にZnO素子に大電流を流すために、破
壊試験となり、抜き取り検査となる。
性の評価には、制限電圧比（ある一定大電流にお
ける端子間電圧と１ｍＡ流した時の端子間電圧
V1ｍＡとの比）が用いられ、その値が１に近い
程良い特性とされている。この制限電圧比の測定
では、実際にZnO素子に大電流を流すために、破
壊試験となり、抜き取り検査となる。
しかし、更に大電流容量とし、超高圧の電力系
統に設備する場合にはより一層の安定性、厳格さ
が要求されることを考慮すると、測定時に大掛り
な装置が必要で、破壊試験となる従来方法には難
点がある。
統に設備する場合にはより一層の安定性、厳格さ
が要求されることを考慮すると、測定時に大掛り
な装置が必要で、破壊試験となる従来方法には難
点がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、非
破壊試験で、しかも測定も簡単でありながら正確
に評価できるZnO素子のＶ−Ｉ特性評価方法を提
供することを目的とする。
破壊試験で、しかも測定も簡単でありながら正確
に評価できるZnO素子のＶ−Ｉ特性評価方法を提
供することを目的とする。
本発明は、供試ZnO素子の誘電特性を30Hz以上
の周波数で測定し、その静電容量または比誘電率
から大電流領域におけるＶ−Ｉ特性の良否を判別
することを特徴とする。
の周波数で測定し、その静電容量または比誘電率
から大電流領域におけるＶ−Ｉ特性の良否を判別
することを特徴とする。
以下、本発明方法を詳細に説明する。試料は、
主成分であるZnOにBi2O3、MnO2、Co2O3、
Sb2O3、Cr2O3等、数種の添加物を混合した後、
造粒、成形、焼成の工程を経て作成したものであ
り、添加物の配合比を変えてＡ〜Ｇの７種類とし
た。各試料の形状は直径32mm、厚さ１mmの円板状
とし、その上に直径20mmのAlまたはAuの蒸着電
極を設け、更にガード電極も取付けている。
主成分であるZnOにBi2O3、MnO2、Co2O3、
Sb2O3、Cr2O3等、数種の添加物を混合した後、
造粒、成形、焼成の工程を経て作成したものであ
り、添加物の配合比を変えてＡ〜Ｇの７種類とし
た。各試料の形状は直径32mm、厚さ１mmの円板状
とし、その上に直径20mmのAlまたはAuの蒸着電
極を設け、更にガード電極も取付けている。
試料の誘電特性の測定は、相互誘導型誘電体損
測定装置を使用し、室温以下にて周波数30Hz〜
300KHzの範囲で行い、試料の静電容量を実測し
た。この実測値と下式より試料の比誘電率を求め
た。
測定装置を使用し、室温以下にて周波数30Hz〜
300KHzの範囲で行い、試料の静電容量を実測し
た。この実測値と下式より試料の比誘電率を求め
た。
ε′＝Cx／Co ……(1)
Co＝Aεo／ｄ ……(2)
Cx：試料の静電容量（測定値）(F)
Co：試料の幾何学的静電容量(F)
Ａ：試料の電極面積（cm2）
ｄ：試料の厚み（cm）
εo：真空の誘電率（8.85×10-14F／cm）
(1)式により算出した比誘電率を小さい順に左か
ら示すと第３図のようになり、この図に同種の試
料の制限電圧比（VR／VC：動作電流が流れたと
きの端子間電圧（VR）と充電電流（VC）が流れ
たときの端子間電圧（VC）（V1ｍＡと同等）と
の比で、Ｖ−Ｉ測定より求めた）を記入してその
相関関係を調べてみると、比誘電率（ε′）と制限
電圧比（VR／VC）の間には強い相関性があり、
制限電圧比特性の良好なもの（VR／VCが小さい
もの）は比誘電率（ε′）が高いという結果が得ら
れた。
ら示すと第３図のようになり、この図に同種の試
料の制限電圧比（VR／VC：動作電流が流れたと
きの端子間電圧（VR）と充電電流（VC）が流れ
たときの端子間電圧（VC）（V1ｍＡと同等）と
の比で、Ｖ−Ｉ測定より求めた）を記入してその
相関関係を調べてみると、比誘電率（ε′）と制限
電圧比（VR／VC）の間には強い相関性があり、
制限電圧比特性の良好なもの（VR／VCが小さい
もの）は比誘電率（ε′）が高いという結果が得ら
れた。
また、同種の試料における自由電子密度（ｎ）
を赤外領域の吸収端波長の測定により求め、この
自由電子密度（ｎ）を比誘電率（ε′）の値に応じ
た各試料の配列順序でプロツトすると第４図に示
すようになる。この両者にも強い相関性があり、
自由電子密度（ｎ）が大きい程比誘電率も大きく
なる。
を赤外領域の吸収端波長の測定により求め、この
自由電子密度（ｎ）を比誘電率（ε′）の値に応じ
た各試料の配列順序でプロツトすると第４図に示
すようになる。この両者にも強い相関性があり、
自由電子密度（ｎ）が大きい程比誘電率も大きく
なる。
これは、次のような理由によるものと推定され
る。即ち、ZnO素子における誘電特性は、極めて
低い周波数帯にZnO粒子とBi2O3相との界面によ
る大きな吸収が存在し、それにより高い周波数で
ZnO粒子による静電容量（または比誘電率）が観
測できるものと推考される。このZnO粒子の静電
容量（または比誘電率）は、粒子中の不純物によ
つて引き起こされるものと思われ、この不純物が
Zn2+イオンと置換したり、侵入することによつ
て自由電子が増加すると解釈できる。そのため、
ZnO粒子の固有抵抗が下がり、制限電圧比特性が
良好となる。
る。即ち、ZnO素子における誘電特性は、極めて
低い周波数帯にZnO粒子とBi2O3相との界面によ
る大きな吸収が存在し、それにより高い周波数で
ZnO粒子による静電容量（または比誘電率）が観
測できるものと推考される。このZnO粒子の静電
容量（または比誘電率）は、粒子中の不純物によ
つて引き起こされるものと思われ、この不純物が
Zn2+イオンと置換したり、侵入することによつ
て自由電子が増加すると解釈できる。そのため、
ZnO粒子の固有抵抗が下がり、制限電圧比特性が
良好となる。
このように制限電圧比（VR／VC）、自由電子密
度（ｎ）及び比誘電率（ε′）は、互いに強力に関
連し合つており、その一種の値を知れば、それか
ら他の種の値がどの程度のものかが高い精度で推
測可能である。本発明では比誘電率（静電容量）
の測定によつて制限電圧比の推定を行つており、
高い精度（±１％程度）で、しかも非破壊試験で
容易に測定でき、精確にＶ−Ｉ特性の評価が行え
る。
度（ｎ）及び比誘電率（ε′）は、互いに強力に関
連し合つており、その一種の値を知れば、それか
ら他の種の値がどの程度のものかが高い精度で推
測可能である。本発明では比誘電率（静電容量）
の測定によつて制限電圧比の推定を行つており、
高い精度（±１％程度）で、しかも非破壊試験で
容易に測定でき、精確にＶ−Ｉ特性の評価が行え
る。
なお、前記説明では、測定周波数は30Hz〜
300KHzとしたが、その上限は300KHzに限定され
るものではなく、それ以上であつてもよい。
300KHzとしたが、その上限は300KHzに限定され
るものではなく、それ以上であつてもよい。
以上のように本発明によれば、ZnO素子の誘電
特性（静電容量、比誘電率等）と制限電圧比との
強い相関性を利用し、静電容量（または比誘電
率）の測定という簡単な測定によつて、ZnO素子
のＶ−Ｉ特性を精確に、しかも非破壊状態で評価
することができる。
特性（静電容量、比誘電率等）と制限電圧比との
強い相関性を利用し、静電容量（または比誘電
率）の測定という簡単な測定によつて、ZnO素子
のＶ−Ｉ特性を精確に、しかも非破壊状態で評価
することができる。
第１図はZnO素子の内部微細構造の一部を示す
拡大図、第２図はZnO素子のＶ−Ｉ特性図、第３
図はZnO素子の比誘電率と制限電圧比の相関性を
説明するための図、第４図はZnO素子の比誘電率
と自由電子密度との相関性を説明するための図で
ある。
拡大図、第２図はZnO素子のＶ−Ｉ特性図、第３
図はZnO素子の比誘電率と制限電圧比の相関性を
説明するための図、第４図はZnO素子の比誘電率
と自由電子密度との相関性を説明するための図で
ある。
Claims (1)
- １ 供試ZnO素子の誘電特性を30Hz以上の測定周
波数で測定し、その静電容量または比誘電率から
大電流領域におけるＶ−Ｉ特性の良否を判別する
ことを特徴とするZnO素子のＶ−Ｉ特性評価方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56165273A JPS5866302A (ja) | 1981-10-16 | 1981-10-16 | ＺｎＯ素子のＶ−Ｉ特性評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56165273A JPS5866302A (ja) | 1981-10-16 | 1981-10-16 | ＺｎＯ素子のＶ−Ｉ特性評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5866302A JPS5866302A (ja) | 1983-04-20 |
| JPH0114681B2 true JPH0114681B2 (ja) | 1989-03-14 |
Family
ID=15809194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56165273A Granted JPS5866302A (ja) | 1981-10-16 | 1981-10-16 | ＺｎＯ素子のＶ−Ｉ特性評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5866302A (ja) |
-
1981
- 1981-10-16 JP JP56165273A patent/JPS5866302A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5866302A (ja) | 1983-04-20 |
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