JPS62190807A - 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）　ＩＪフックス動の液晶、ＫＬ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（ＺｎＯ）に酸化
ビスマス（Ｂｉ２０ｓ　）　、酸化コバルト（ＣＯ２Ｏ
３）、酸化−ｒ７ガン（ＭｎＯ２）、酸化アンチモン（
Ｓｂ２ｏ３）などの酸化物を添加して、１ｏｏｏ〜１３
５０℃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ＩＪ　２夕に電
流１ｍＡを流した時の電圧ｖ１ｍＡ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１ｏＯｏ℃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、スプレーまだ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、かつ電標間距離を狭く（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
、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。

第１図は本発明の製造方法による製造工程の一実施例を
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７００〜１３００℃で焼成した後、その
焼結されたＺｎＯを。、５〜５０μｍの粒子径（平均粒
子径１〜１０μｍ）に粉砕し、そのＺｎＯ微粉末に酸化
コバルトを０．０６〜１０ｍｏ１％添加し、６００〜１
３５０℃で１０〜６０分間、熱処理し、そのＺｎＯ微粉
末表面に酸化コバルトの絶縁被膜を形成した。この時、
微粉末状のＺｎＯの表面には００２０　ｇ絶縁被膜がほ
ぼ数十〜数百人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Ｇａ２Ｏ。

絶縁被膜が表面についたＺｎＯ微粉末群は弱い力で互に
は接着しているので、これを乳鉢あるいはポットミルで
ほぐし、微粉末状とした。次に、上記のようにして得ら
れたＧａ２Ｏ，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（Ｉ
ＴＯ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６を設けた。第２図は、電圧非
直線性素子６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Ｇａ２Ｏ。

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１Ｎ、１ｂが設けられたガラス基板３１Ｌ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６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’Ｃで焼成し、
これに００２０３をＱ、５　ｍｏ１％添加したものを９
００℃、６０分間熱処理した後、この平均粒子径５〜１
０μｍ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１−９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
似的に次式で示されている。

Ｉ＝ＫＶ“ ここで、Ｉは素子に流れる電流、Ｖ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５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、１０　　Ａ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人の電流
を流した時の電極間に現れる電圧をバリスタ電圧ｖ＋ｍ
Ａと呼び、このバリスタ電圧ｖＩｍＡ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５図に示すように例えばＶ　、　、
、Ａ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５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、酸化コバルトの添加量を変え
た場合のバリスタ電圧Ｖ　　　電圧非直１μＡ％ 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１ｏｏＯ〜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問の接触面積が小さいこ
とによるものである。まだ、下記に示す第１表は、本発
明において酸化コバルトの添加量と熱処理温度を変えた
場合のバリスタ電圧ｖ１、電圧非直線指数αおよびμＡ 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
は酸化コバルト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、酸化コバルトの添加量は０．０５
〜３ｍ０１％で特に良好な特性を示した。また、熱処理
温度は酸化コバルトの添加量にもよるが、６００〜１３
５０℃の範囲で良好な特性を示した。この熱処理温度が
上記温度範囲以外、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１３５０℃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、ＣＯ２Ｏ３に限ら
れることはなく、Ａｌ。

Ｔｉ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｏｒ、８ｉなどの金属酸化物
またはこれら金属の有機金属化合部などでもよいもので
あり、それら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接着剤でもよく、
熱硬化性樹脂、たとえばフェノール樹脂、フラン樹脂、
エリア樹脂、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クリーン印刷法
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のである。

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を熱処理、粉砕
し、微粉末とした後に、絶縁性の無機質化合物であるＣ
Ｏ２Ｏ３を添加し、その後熱処を行ったが、これは無機
質半導体の微粉末に直接無機質化合物を添加するように
し、上記無機質半導体微粒子の焼成、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と六
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Ｃｏ２
Ｏ３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ｖ、ＩｔＡ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　！Ｌ　、　１　ｂ　、２・＝−ＩＴＯ電極、
３　、３＆　。 ４・・・・・・ガラス基板、６・・・・・・電圧非直線
性素子、６・・・・・・ＺｎＯ微粉末、７・・・・・・
Ｃｏ２Ｏ３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３図 第４図 第　５　図 一±を互り

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　無機質半導体の微粉末に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。