JPS62190811A - 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、ＫＬなどの表示デバ
イスのスイ・１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？ス（Ｂｉ２Ｏ５）、酸化コバルト（Ｃｏ２０３　
）、酸化マンゴｙ　（ＭｎＯ２）、酸化アンチモｙ　（
Ｓｂ２Ｏ５　）などの酸化物を添加して、１０ｏＯ〜１
３５０’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（−（リスクに電流
１ｍ人を流した時の電圧Ｖｅｉｌムで表される）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本発明は、Ｓｂ２Ｏ．を主成
分とする薄い絶縁被膜を施した微粉末状の半導体物質を
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、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づいて詳細に説明する。

まず、粒子径が０．０６〜１μｍの微粒子状の酸化亜鉛
を７００〜１３００’Ｃで焼成した後、その焼結された
ＺｎＯを０．６〜６０μ毒の粒子径（平均粒子径１〜１
０μｍ）に粉砕し、そのＺｎＯ微粉末に酸化アンチモン
を０．ｏ５〜１ｏｍｏ１％添加し、６００〜１３５０℃
で１０〜６０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。ここで、微粉末
状のＺｎＯの表面にはＳｂ２Ｏ５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Ｓｂ２Ｏ３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５ｂ２
ｏ、絶縁被膜が表面に形成された微粉末状の誠に、微粉
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２図に示すようにＩＴＯ（インジウ
ム拳スズ酸化物）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、２８０〜４
ｏｏ′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１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Ｓｂ２Ｏ３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絶
縁性の結合剤であり、この結合剤８でもってＺｎＯ微粉
末６０間は互いに固められている。第３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５ｂ２ｏｓを０．５　ｍｏ１％添加したものを９
００″０１６０分間熱処理した後、この平均粒子径６〜
１０μｍ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、素子面積る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
近似的に次式で示されている。

Ｉ＝ＫＶα 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、１ｏ−４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が大きく、１０−１０人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
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
Ｗｉｎムと呼び、このバリスタ電圧Ｖ＋ｍ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ｖ１
μ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、微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だめ、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微粉末の平均粒子径が６〜１０μ寓という比較的大き
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
〜３μ風のものを使えば、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５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ｖ１μム、電圧非直線指数αお
よび並列静電容ｉＣ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〜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は、Ｓｂ２Ｏ５単独に限
られることはなく、Ｓｂ２Ｏ３を主成分として、ムｌ、
　Ｔｉ、　Ｓｒ、　Ｍｇ、　Ｎｉ、　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、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
の産業性は犬なるものである。

【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５ｂ２ｏ５
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。 １．１＆、１ｂ、２・・・・・・Ｉ’ｌ’Ｏ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・・・・・・
Ｓｂ２Ｏ５絶縁被膜、８・・・・・・結合剤。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名花　
１　口 第２図 第−４図 一±　！ミ（Ｖ） 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｓｂ＿２Ｏ＿３を主成分とする薄い絶縁被膜を施した
   微粉末状の半導体物質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。