JPS62190806A - 電圧非直線性素子 - 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
スのスイッ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（ＺｎＧ）に酸化
ビスマス（Ｂｉ２０ｓ）、酸化コバルト（Ｃｏ２０３）
、酸化マンガｙ（Ｍｎ０２）、酸化７ｙｒ−モｙ（Ｓｂ
２０３　）などの酸化物を添加して、１０ｏＯ〜１３５
ｏ″Ｃ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μｍ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１
ｍムを流した時の電圧Ｖ　ＩＩＩＩＡ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１０００”Ｃ以上の高温プ
ロセスを必要とするため、ガラス基板上あるいは回路基
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当な
ものであるなどの問題点を有してぃた９ 問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、Ｂｉ２Ｏ５。

００２０５、　ＭｎＯ２および５ｂ２０５ノ全てを少な
くとも含んでなる薄い絶縁被膜を有した微粉末状の半導
体物質が複数個集まった状態を一つの粉末とし、その粉
末間もしくは一部に上記微粉末を含む粉末間を絶縁性の
結合剤で固め、電極を備えてなるものである。

作用 この構成によれば、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（数十
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
、結合剤で固めて素子形成を行う際に高温プロセスを必
要とすることなく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、粉末状の半導体物質を絶縁性の結合剤でもって
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づいて詳細に説明する。

まず、粒子径がＯ，ＯＳ〜１μｍの微粒子状の酸化亜鉛
を７００〜１３００’Ｃで焼成した後、その焼成された
ＺｎＯを０．６〜５０μｍの粒子径（平均粒子径１〜１
０μ風）に粉砕し、そのＺｎＯ微粉末ＫＢｉ２０３．　
Ｃｏ２Ｏ３，ＭｎＯ２，５ｂ２０３の総量を０．０６〜
１ｃ）　ｍｏｌ係添加し、６００〜１３５０’Ｃで１０
〜６０分間、熱処理し、そのＺｎＯ微粉末表面にこれら
酸化物の絶縁被膜を形成した。ここで、微粉末状のＺｎ
Ｏの表面には上記酸化物の絶縁被膜がほぼ数十〜数百１
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Ｋして作成した酸化物の絶縁被膜が表面につ
いたＺｎＯ微粉末はそれぞれか弱い力で互いに接着して
いるので、これを乳鉢あるいはポットミルでほぐし、上
記　ＺｎＯ微粉末がそれぞれ複数個集まった微粉末群の
状態とした（以下、この状態のものを粉末状という）。

この時、一部に上記ＺｎＯ微粉末が単独で存在しても差
支えないものであり、このようなＺｎＯ微粉末を一部に
含んでの状態のものも粉末状という。次に、上記のよう
にして得られた酸化物絶縁被膜が表面に形成された粉末
状のＺｎＯに、粉末間の結合を図る絶縁性の結合剤（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５　
ｗｔ％となるように薄めたものとし、それをＺｎＯ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２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°Ｃ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
１図は、電圧非直線性素子６の拡大断面図であり、６は
ＺｎＯ粉末、７はＺｎＯ粉末６の表面に施された酸化物
絶縁被膜、８はそれらＺｎＯ粉末６間を機械的に結合し
ている絶縁性の結合剤であり、この結合剤８でもってＺ
ｎＯ粉末６の間は互いに固められている。第３図はＩＴ
Ｏ電極１Ｎ、１ｂが設けられたガラス基板３ａ上に電圧
非直線性素子５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。まず、第４図は第２
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°Ｃで焼成し、
これにＢｉ２Ｏ３，”２０３＋　ＭｎＯ２，５ｂ２０３
をそれぞれ０．２　ｍｏｌチ、つまシ総量でＯ：　ａ　
ｍｏｌ係添加したものを９００°Ｃ，６Ｑ分間熱処理し
た後、この平均粒子径５〜１０μｍのＺｏｏ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１Ｍ
ｔｉ１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、■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４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、１０ム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、特性ムで示され
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が大きく、１ｏ−ｆ０ム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１ｍムの電流
を流した時の電極間に現れる電圧をバリスタ電圧Ｖｊｍ
ムと呼び、このバリスタ電圧Ｖ１ｍムと上記電圧非直線
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４図に示すように例えばｖ１μムで
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、粉末状の半導体物質（ＺｎＯ）を絶縁性の結
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４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粉末の平均粒径が５〜１０μ風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粉末の平均粒子径が０．３〜３μ
ｍ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成することができるのであり、そ
の場合においても第４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、Ｂｉ２Ｏ５，Ｃｏ２Ｏ３゜Ｍ
ｎＯ２，５ｂ２０，５の総添加量を変えた場合のバリス
タ電圧ｖ１μム、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４図の場合の条件と同一
とした。第５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１ｏｏｏ〜２
ｏＯｏＯＰＦ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。

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、Ｂｉ２Ｏ３，Ｃｏ
２Ｏ３，ＭｎＯ２，５ｂ２０３だけに限られることはな
く、Ｂｉ、　Ｇｏ　　、　Ｍｎ、　Ｓｂの全てを主成分
として、Ａ（１，Ｔｉ、　Ｓｒ、　Ｍｇ、　Ｎｉ、　Ｏ
ｒ、　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、粉末状の半導体物質を固める絶縁性の結合剤と
しては、ポリイミド樹脂の他にも種々考えられることは
もちろんであり、熱硬化性樹脂、たとえばフェノール樹
脂、フラン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポ
リエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、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
ある。

発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明の電圧非直線性素
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ＺｎＯ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、結合剤で固めて素子形成を行う際に高
温プロセスを必要とすることなく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、その産業性は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる電圧非直線性素子の一実施例を
示す拡大断面図、第２図および第３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
４図は本発明素子と従来のＺｎＯバリスタの電圧−電流
特性を示す図、第５図は本発明素子においてＢｉ２Ｏ３
、Ｃｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２，Ｓｂ２Ｏ３の総添加量を変え
た場合の電圧非直線指数α、バリスタ電圧ｖ１μムおよ
び並列静電容量Ｃの変化する様子を示す図である。 １、１ｈ、　１ｂ、２・山−ＩＴＯ電極、３．３１Ｌ。 ４・・・・・・ガラス基板、５・・・・・・電圧非直線
性素子、６・・・・−・ＺｎＯ粉末、７・・・・・・添
加物による酸化物絶縁被膜、８・・・・・・結合剤っ 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名城 第４図 −±　電圧（Ｖ） 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｂｉ＿２Ｏ＿３、Ｃｏ＿２Ｏ＿３、ＭｎＯ＿２および
   Ｓｂ＿２Ｏ＿３の全てを少なくとも含んでなる薄い絶縁
   被膜を有した微粉末状の半導体物質が複数個集まった状
   態を一つの粉末とし、その粉末間もしくは一部に上記微
   粉末を含む粉末間を絶縁性の結合剤で固め、電極を備え
   てなることを特徴とする電圧非直線性素子。