JPS62190813A - 電圧非直線性素子 - Google Patents
電圧非直線性素子Info
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- JPS62190813A JPS62190813A JP61034644A JP3464486A JPS62190813A JP S62190813 A JPS62190813 A JP S62190813A JP 61034644 A JP61034644 A JP 61034644A JP 3464486 A JP3464486 A JP 3464486A JP S62190813 A JPS62190813 A JP S62190813A
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Landscapes
- Thermistors And Varistors (AREA)
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。
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
スのスイッチング素子などに利用されるものである０ 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（Ｂｉ２Ｏ３） 、酸化コバルト（ｃｏ２０ｓ
）、酸化マンガフ（Ｍｎ０２）、酸化アンチモン（５ｂ
２０５ ）などの酸化物を添加して、１０００〜１３５
０’Ｃで溶結したＺｎＯバリスタなど、種々のものがあ
る。
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
スのスイッチング素子などに利用されるものである０ 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（Ｂｉ２Ｏ３） 、酸化コバルト（ｃｏ２０ｓ
）、酸化マンガフ（Ｍｎ０２）、酸化アンチモン（５ｂ
２０５ ）などの酸化物を添加して、１０００〜１３５
０’Ｃで溶結した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人を流した時の電圧ｖ１１ｎ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℃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０ 問題点を解決するための手段 この問題点を解決するだめに本発明は、Ｂｉ２Ｏ３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
。
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人を流した時の電圧ｖ１１ｎ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℃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０ 問題点を解決するための手段 この問題点を解決するだめに本発明は、Ｂｉ２Ｏ３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。
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。
、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７００〜１３ｏｏ℃で焼成した後、その焼結されたＺ
ｎＯを０．５〜５０μｍの粒子径（平均粒子径１〜１０
μｍ）に粉砕し、そのＺｎＯ微粉末に酸化ビスマスを０
．０５〜１ｏｍｏ１％添加し、６００〜１３５０℃で１
０〜６０分間、熱処理し、そのＺｎＯ微粉末表面に酸化
ビスマスの絶縁被膜を形成した。ここで、微粉末状のＺ
ｎＯの表面にはＢｉ２Ｏ３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Ｂｉ２Ｏ，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Ｂｉ２Ｏ５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５ｗｔ％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
・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、２８０〜４０
０’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微粉末、７はＺ
ｎＯ微粉末６の表面に施されたＢｉ２Ｏ３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
６の間は互いに固められている。第３図はＩＴＯ電極１
ａ、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。
を７００〜１３ｏｏ℃で焼成した後、その焼結されたＺ
ｎＯを０．５〜５０μｍの粒子径（平均粒子径１〜１０
μｍ）に粉砕し、そのＺｎＯ微粉末に酸化ビスマスを０
．０５〜１ｏｍｏ１％添加し、６００〜１３５０℃で１
０〜６０分間、熱処理し、そのＺｎＯ微粉末表面に酸化
ビスマスの絶縁被膜を形成した。ここで、微粉末状のＺ
ｎＯの表面にはＢｉ２Ｏ３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Ｂｉ２Ｏ，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Ｂｉ２Ｏ５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５ｗｔ％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
・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、２８０〜４０
０’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微粉末、７はＺ
ｎＯ微粉末６の表面に施されたＢｉ２Ｏ３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
６の間は互いに固められている。第３図はＩＴＯ電極１
ａ、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１、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。
電圧−電流特性について説明する。まず１、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Ｂｉ２Ｏ５を０．５ ｍｏ１４添加したものを９
００’Ｃ１６０分間熱処理した後、この平均粒子径５〜
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、素子面積を１ ｍｆｆＦ ＊電極° 間
距離を３０μｍとした場合における特性を示している。
これにＢｉ２Ｏ５を０．５ ｍｏ１４添加したものを９
００’Ｃ１６０分間熱処理した後、この平均粒子径５〜
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、素子面積を１ ｍｆｆＦ ＊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。
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。
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 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 程度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！ＩＩ人の電
流を流しだ時の電極間に現れる電圧をバリスタ電圧”１
ｍ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Ｖ １ｐ
ｈで表わすことができる。
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 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 程度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！ＩＩ人の電
流を流しだ時の電極間に現れる電圧をバリスタ電圧”１
ｍ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Ｖ １ｐ
ｈ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だめである。
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だめである。
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
だ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。
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
だ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。
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、酸化ビスマスの添加量を変え
た場合のバリスタ電圧ｖリム、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。
た場合のバリスタ電圧ｖリム、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。
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。
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、Ｂｉ２Ｏ５単独に
限られることはなく、Ｂｉｚｏｓヲ主成分と１．テＡ／
、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だは組合
せて使用することができるものである。
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、Ｂｉ２Ｏ５単独に
限られることはなく、Ｂｉｚｏｓヲ主成分と１．テＡ／
、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だは組合
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、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。
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、その産業性は犬なるものである０
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０
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Ｂｉ２Ｏ５
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堕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・・・・・・ＩＴＯ電極、３，３１
Ｌ。 ４・・・・・・ガラス基板、５・・・・・・電圧非直線
性素子、６・・・・・・ＺｎＯ微粉末、７・・・・・・
Ｂｉ２Ｏ５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４図 一力 電工（Ｖ） 第５図
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Ｂｉ２Ｏ５
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堕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・・・・・・ＩＴＯ電極、３，３１
Ｌ。 ４・・・・・・ガラス基板、５・・・・・・電圧非直線
性素子、６・・・・・・ＺｎＯ微粉末、７・・・・・・
Ｂｉ２Ｏ５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４図 一力 電工（Ｖ） 第５図
Claims (1)
- Ｂｉ＿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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61034644A JPS62190813A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-18 | 電圧非直線性素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61034644A JPS62190813A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-18 | 電圧非直線性素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62190813A true JPS62190813A (ja) | 1987-08-21 |
Family
ID=12420144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61034644A Pending JPS62190813A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-18 | 電圧非直線性素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62190813A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5083789A (ja) * | 1973-11-28 | 1975-07-07 | ||
| JPS5344899A (en) * | 1976-09-13 | 1978-04-22 | Gen Electric | Metal oxide varistor and method of manufacture thereof |
-
1986
- 1986-02-18 JP JP61034644A patent/JPS62190813A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5083789A (ja) * | 1973-11-28 | 1975-07-07 | ||
| JPS5344899A (en) * | 1976-09-13 | 1978-04-22 | Gen Electric | Metal oxide varistor and method of manufacture thereof |
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