JPS62190802A - 電圧非直線性素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は印加電圧によって抵抗値が変化する電圧非直線
性素子に関するもので、電圧安定化、異常電圧制御、さ
らにはマトリックス駆動の液晶、ＥＬなどの表示デバイ
スのスイ、７チング素子などに利用されるものである。

従来の技術 従来の電圧非直線性素子は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）に酸化
ビスマス（Ｂｉｚ　Ｏ３）、酸化コバルト（ＣＯ２０３
）、酸化マン刃ｙ（Ｍｎ０２　）、酸化アンチモン（Ｓ
　ｂｚ　Ｏ３）などの酸化物を添加して、１０００〜１
３５０℃で焼結したＺｎＯバリスタなど、種々のものが
ある。その中で、ＺｎＯバリスタは電圧非直線指数α、
サージ耐量が大きいことから、最も一般的に使われてい
る。（特公昭４６−１９４７２号公報参照） 発明が解決しようとする問題点 このような従来の電圧非直線性素子は、ＺｎＯバリスタ
を初めとして、素子厚みを薄く（数十、ｇｍ以下）する
ことに限界があるため、バリスタ電圧（バリスタに電流
１ｍＡを流した時の電圧ｖ＋ｍＡで表される）を低くす
ることに限界があり、低電圧用ＩＣの保護素子や低い電
圧における電圧安定化素子として使えないものであった
。また、上述したように焼成する際に１０００℃以上の
高温プロセスを必要とするため、ガラス基版上あるいは
回路基板上に電圧非直線性素子を直接形成できないとい
う問題があった。さらに、従来のものは並列静電容量が
大きく、例えば液晶などのスイッチング素子としては不
適箔なものであるなどの問題点を有していた。

問題点を解決するだめの手段 この問題点を解決するために本発明は、無機質半導体の
微粉末に３ｂを含有する無機または有機化合物を添加し
、混合した後、６００〜１３６０℃で熱処理を行い、無
機質半導体微粉末の表面に無機質絶縁被膜を形成させ、
その後上記絶縁被膜を施した上記半導体微粉末に絶縁性
の有機接着剤かまたはガラス粉末と有機バインダーを加
え、ペイント状にし、次いで上記ペイントを電極を配し
た絶縁基板上に印刷、スプレーまたは浸漬などによって
塗布した後、熱処理を行って硬化させることを特徴とす
るものである。

作用 この方法によれば、低電流域においても電圧非直線指数
αの大きなものが得られ、かつ電極間距離を狭く（数＋
μｍ以下）して素子を形成することができ、低電圧化に
適した素子がきわめて容易に得られることとなる。また
、塗布したペイントを低い温度で硬化させて作ることが
できるため、回路基板上に素子を直接形成することがで
き、ＺｎＯバリスタなどでは考えられない幅広い用途が
期待できるものである。さらに、得られた素子は微粉末
状の半導体物質を固めたものであるため、それぞれの半
導体物質の微粉末間は点接触となり、接触面積が小さい
ことから並列静電容量の小さなものが得られ、液晶など
のデバイスのスイッチング素子として最適な素子が提供
できることとなる。

実施例 以下、本発明を実施例にもとすいて詳細に説明する。

纂１恥は本発明の製造方法を示している。まず、粒子径
が０．０５〜１μｍの微粒子状の酸化亜鉛を７００〜１
３００°Ｃで焼成した後、その焼結されたＺｎＯをＯ，
Ｓ〜５０μｍの粒子径（平均粒子径１〜１０μｍ）に粉
砕し、そのＺｎＯ微粉末に酸化アンチモンを０．０５〜
１０ｍｏｌ　％添加し、６００〜１３６０℃で１０〜６
ｏ分間、熱処理し、そのＺｎＯ微粉末表面に酸化アンチ
モンの絶縁被膜を形成した。この時、微粉末状のＺｎＯ
表面には一８ｂ２０３絶縁被膜がほぼ数十〜数百又の厚
さで薄く形成されていることが認められた。次いで、こ
のようにして作成した５ｂ２０３絶縁被膜が表面につい
たＺｎＯ微粉末群は弱い力で互いに接着しているので、
これを乳鉢あるいはボットミルでほぐし、微粉末状とし
た。次に、上記のようにして得られた５ｂ２０３絶縁被
膜が表面に形成された微粉末状のＺｎＯに、微粉末間の
結合を図る結合剤（バインダー）としてポリイミド樹脂
を添加し、混合した。ここで、結合剤としてはポリイミ
ド樹脂の固形分が溶剤（例えばｎ−メチル−２−ピロリ
ドン）に対してＳｗｔ％となるように薄めたものとし、
それをＺｎＯ微粉末と例えば等重量で混合し、ペイント
状とした。次いで、上記のようにして得られたペイント
を第３図に示すようにＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物
）電極１の設けられたガラス基板３上に例えばスクリー
ン印刷で塗布し、その上に同じ（ＩＴＯ電極２の設けら
れたガラス基板４を載置し、２８０〜４００℃で３０分
間、大気中で硬化させ、電極１．２間に電圧非直線性素
子５を設けた。第２図は、電圧非直線性素子５の拡大断
面図であり、６はＺｎＯ微粉末、７はＺｎＯ微粉末６の
表面に施された５ｂ２０３絶縁被膜、８はそれらＺｎＯ
微粉末６間を機械的に結合している結合剤であり、この
結合剤８でもってＺｎＯ微粉末６の間は互いに固められ
ている。第４図はＩＴＯ電極１１Ｌ、１ｂが設けられた
ガラス基板３ａ上に電圧非直線性素子６を構成した場合
を示している。

次に、上記のようにして作成された電圧非直線性素子の
電圧−電流特性について説明する。まス第５図は第３図
の構成における電圧−電流特性を従来のＺｎＯバリスタ
のそれと比較して示している。

本発明の素子は、まず酸化亜鉛を７００　℃で焼成し、
これに５ｂ２０３を０．５ｍ０Ｌ％添加したものを９０
０℃、６０分間熱処理した後、この平均粒子径５〜１０
μｍのＺｎＯ微粉末と結合剤とを等重量で混合したもの
において、素子面積を１−１電極間距離を３０μｍとし
た場合における特性を示している。さて、電圧非直線性
素子の電圧−電流特性は、よく知られているように近似
的に次式％式％ ここで、工は素子に流れる電流、■は素子の電極間の電
圧、Ｋは固有抵抗の抵抗値に相当する定数、αは上述し
た電圧非直線特性の指数を示しており、この電圧非直線
指数αは大きい程、電圧非直線性が優れていることにな
る。

第６図の特性に示されるように、特性Ｂで示される従来
のＺｎＯバリスタは低電流域において電圧非直線指数α
が小さく、１ｏ　　’　　Ａ以下の電流では良好な電圧
非直線性素子としての機能を発揮し得ない。一方、特性
人で示される本発明の素子では低電流域においても電圧
非直線指数αが太きく、１Ｏ−１０Ａ程度の電流域でも
十分に電圧非直線性素子としての機能を発揮することが
できることを示している。また、通常、ＺｎＯバリスタ
においてはバリスタ特性を表わすのに、例えば素子に１
ｍＡの電流を流した時の電極間に現れる電圧をバリスタ
電圧ｖ１！ｎ人　と呼び、このバリスタ電圧ｖ１□　と
上記電圧非直線指数αとを使用している。本発明の素子
では、上述したように、低電流域においても電圧非直線
指数αが大きく、バリスタ電圧を第６図に示すように例
えばｖ坪人で表わすことができる。

このように本発明において、バリスタ電圧を低いものと
することができるのは、電極間距離を狭くして素子を形
成することができるためである。

また、本発明素子において低電流域でも電圧非直線指数
αが大きい理由は、現在のところ理由は明確とはなって
いないが、微粉末状の半導体物質（ＺｎＯ）を結合剤で
もって固めたものであるため、それぞれの半導体物質の
間は点接触となり、　　　゛接触面積が小さいこと、ま
た結合剤が絶縁性のため、漏れ電流が小さくなっている
ことによるものと考えられる。

ここで、第６図の特性は上述したように電極間距離を３
０μｍとした素子についてのものであるが、これはＺｎ
Ｏ微粉末の平均粒子径が５〜１０μｍという比較的大き
な粒子径のためにこれ以上狭くすることができないから
である。すなわち、ＺｎＯ微粉末の平均粒子径が０．３
〜３μｍのものを使えば、電極間距離が１０μｍ程度も
しくはそれ以下の素子を作ることができるのであり、そ
の場合においても第６図に示すような良好な特性が得ら
れることを本発明者らは実験により確認した。

第６図は本発明において、酸化アンチモンの添加量を変
えた場合のバリスタ電圧７１７人、電圧非直線指数αお
よび並列静電容１ｃの変化する様子を示している。ここ
で、酸化亜鉛の焼成温度など、その他の条件は第６図の
場合の条件°と同一とした。

第６図に示されるように、本発明素子においては並列静
電容量が従来のＺｎＯバリスタが１０００〜２００００
ＰＦであるのに対して非常に小さいものとなっている。

この並列静電容量Ｃが本発明素子において小さい理由は
、上述したように半導体物質間の接触面積が小さいこと
によるものである。また、下記だ示す第１表は本発明に
おいて酸化アンチモンの添加量と熱処理温度を変えた場
合のバリスタ電圧ｖ１μ人、電圧非直線指数αおよび並
列静電容量Ｃの変化する様子を示した表である。

（以　下金　白） 上記第１表および第６図より明らかなように、各特性値
は酸化アンチモンの添加量と熱処理温度に依存している
ことがわかる。ここで、酸化アンチモンの添加量は０．
０６〜３ｍｏ１％で特に良好な特性を示した。また、熱
処理温度は酸化アンチモンの添加量にもよるが、６００
〜１３６０℃の範　　”囲で良好な特性を示した。この
熱処理温度が上記　　ｊ温度範囲以外、例えば６００℃
未満では十分な絶縁被膜の形成が困難であることや１３
６０℃を超えた温度では電圧非直線指数αが必要とする
値以下になるなどの原因で良好な特性が得られないので
ある。

なお、上記の実施例においては、半導体物質としては、
ＺｎＯを例にとり説明したが、それ以外の半導体物質で
あっても差支えないことはもちろんである。また、同様
に絶縁被膜を構成する材料　　゛としては、５ｂ２０３
単独に限られることはなく、５ｂ２０３を主成分として
、Ａ／、Ｔｉ、Ｓｒ、Ｍｇ、　　　ＩＮｉ、Ｏｒ、Ｓｉ
などの金属酸化物またはこれら金　　（属の有機金属化
合物を単独または組合せて使用す　　「ることができる
ものである。

さらに、微粉末状の半導体物質を固める結合剤としては
、ポリイミド樹脂以外の絶縁性の有機液管剤でもよく、
熱硬化性樹脂、たとえばフエノーーし樹脂、フラン樹脂
、エリア樹脂、メラミン樹脂、ド飽和ポリエステル樹脂
、ジアリルフタレート樹　　、旨、エポキシ樹脂、ポリ
ウレタン樹脂、ケイ素樹脂などでも良いものであり、さ
らにはガラス粉末と有機バインダーとを組合せた形で用
いてもよいものである。

また、上記の実施例では素子の形成をスラリー／印刷法
により行ったが、それ以外の塗布法、例えばスプレー、
浸漬などの方法で行ってもよいもっである。

さらにまた、上記実施例による製造方法では、まず最初
に無機質半導体である微粒子状のＺｎＯ針熱針環処理砕
し、微粉末とした後に、絶縁性の哄機質化合物である５
ｂ２０３を添加し、その後熱６理を行ったが、これは無
機質半導体の微粉末に１接無機質化合物を添加するよう
にし、上記無機買手導体微粒子の焼成、粉砕という処理
工程を省略しても差支えないものである。

発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明方法により得られ
た電圧非直線性素子は、低電流域における電圧非直線指
数αが大きく、また並列静電容量の小さな素子が得られ
ることから、消費電流の小さい液晶、ＫＬなどのデバイ
スのスイッチング素子として最適な素子を提供できるも
のである。また、電極間距離を狭くして素子を形成する
ことができるため、バリスタ電圧の低いものが得られ、
上記電圧非直線指数αが大きいことと相まって従来のＺ
ｎＯバリスタでは対応することのできなかった低電圧用
ＩＣの保護素子や低い電圧における電圧安定化素子とし
て使用することができる。さらに、塗布したペイントを
低い温度で硬化させて簡単にして作ることができるため
、回路基板上やガラス基板上に素子を直接形成すること
ができるものである。このように種々の特徴を有する本
発明の電圧非直線性素子は、今までのＺｎＯバリスタな
どでは考えられない幅広い用途が期待できるものであり
、その産業性は犬なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法による電圧非直線性素子の製造方法
の工程を示す図、第２図は本発明方法により得られた電
圧非直線性素子の一実施例を示す拡大断面図、第３図お
よび第４図はそれぞれ本発明の素子をガラス基板上に設
けた実施例を示す断面図、第６図は本発明方法により得
られた素子と従来のＺｎＯバリスタの電圧−電流特性を
示す図、第６図は本発明方法による素子において５ｂ２
０３の添加量を変えた場合の電圧非直線指数α、バリス
タ電圧ｖ１ｐ人および並列静電容量Ｃの変化する様子を
示す図である。 １．１　ａ　、　１　ｂ　、２−・−−−−ＩＴＯ電極
、３，３Ｊ４・・・・・・ガラス基板、６・・・・・・
電圧非直線性素子、６・・・・・・ＺｎＯ微粉末、７・
・・・・・５ｂ２０３絶縁被膜、８・・・・・・結合剤
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第５図 一力　電圧（１’） 第　６　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　無機質半導体の微粉末にＳｂを含有する無機または有
   機化合物を添加し、混合した後、６００〜１３５０℃で
   熱処理を行い、無機質半導体微粉末の表面に無機質絶縁
   被膜を形成させ、その後上記絶縁被膜を施した上記半導
   体微粉末に絶縁性の有機接着剤かまたはガラス粉末と有
   機バインダーを加え、ペイント状にし、次いで上記ペイ
   ントを電極を配した絶縁基板上に印刷、スプレーまたは
   浸漬などによって塗布した後、熱処理を行って硬化させ
   ることを特徴とする電圧非直線性素子の製造方法。