JPS62193209A - 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（ＺｎＯ）に酸化
ビスマス（Ｂｉ２０５　）、酸化コバルト（ＧｏｚＯｓ
）、酸化７７ガｙ（Ｍｎ０２）、酸化アンチ％　７　（
ｓｂ２ｏ５）などの酸化物を添加して、１ｏｏｏ〜１３
６０°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、最も一般的に庚われている。（
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
ｍＡを流した時の電圧ＶｊｍＡ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吠えないものであった。

また、上述したように１ＱｏＱ′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害毒が大きく、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、Ｂｉ２０５金主
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
を低融点ガラスで固め、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
、低融点ガラスで固めて素子形成を行うために高山プロ
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暢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低融点ガラスで
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、本発明全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
Ｚｎ０（ｚｏ、５〜５０μｍの粒子径（平均粒子径１〜
１０μｍ）に粉砕し、そのＺｎＯ微粉末に酸化ビス２　
スｆ　０．０５〜１０　ｍｏ１％添加し、Ｂｏ。

〜１３５０’Ｃで１Ｑ〜６０分間、熱処理し、そのＺｎ
Ｏ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ＺｎＯ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
５絶縁被膜が表面についたＺｎＯ倣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として低膚点ガラス粉末と有機バ
インダーを添加し、混合した。ここで、結合剤としては
低融点ガラス粉末分が微粉末状のＺｎＯに対して６〜２
　Ｏｗｔ％となるようにしたものとし、それを有機バイ
ンダーと例えば等重量で混合し、ペイント状とした。こ
こで、有機バインダーとしてはエチルセルロースを顛用
し、その固形分が溶剤（たとえばターピネオール）に対
して１０ｗｔ％になるように薄めたものとした。

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ＺＴＯ（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金載置し、３ｏＯ〜６ｔｓｏ′ｃで１０〜３
０分間、大気中で熱処理し、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Ｂｉ２Ｏ３絶縁被膜、８はそれらＺ
ｎＯ微粉末６間を機械的に結合している絶縁性結合剤の
低融点ガラスであり、この低融点ガラス８でもってＺｎ
Ｏ微粉末６０間は互いに固められている。第３図はＩＴ
Ｏ電極１ａ、１ｂが設けられたガラス基板３！Ｌ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Ｂ１４０３を０．５１１１０１％添加したものを
９００°Ｃ，６０分間熱処理した後、この平均粒子径６
〜１０μｍのＺｎＯ微粉末と奥野製薬■製の低融点ガラ
ス微粉末（ＺｎＯ＠粉下に対して２０ｗｔ％）に上記有
機バインダー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−を光
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、工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　五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。−万、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、１Ｏｔｏ　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１１１１ム
の電流を流した時の電極間に現れる電圧全バリスタ電圧
’ｌ’１ｌｌｌＡと呼び、このバリスタ電圧ｖ１１１Ｉ
Ａと上記電圧非直線指数αとを朗用している。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ｖ１μＡ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　）　’１絶
縁性結合剤の低融点ガラス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微粉末の平均粒子径が６〜１０μｍ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のものを醍えは、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ｔｋ変え
た場合のバリスタ電圧ｖ１ＡｔＡ、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。

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全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（、Ｂｉ２Ｏ３を主成分として、Ａｌ
　、　Ｔｉ、　Ｓｒ　、　Ｍｇ　、　Ｎ工。

Ｏｒ　、　Ｓ工　などの金属酸化物またはこれらの金属
の有機金属化合物を単独または組合せて匣用することが
できるものである。

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ｌ？ｆｍ
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醍用すること
ができる。さらに、低融点ガラスで固めて素子形成を行
うため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−・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Ｂｉ２Ｏ
５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ｖ１ユＡ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−川−ＩＴＯ電極、３−３　Ｊ４・
・・・・・ガラス基板、６・・・・・・電圧非直線性素
子、６・・・・・・ＺｎＯ微粉末、７・・・・・・Ｂｉ
２Ｏ３絶縁被膜、８・・・・・・低融点ガラス。 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　ロ ー士　電ＦＣ（Ｖ） 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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低融点ガラスで固め、電極を備
   えてなることを特徴とする電圧非直線性素子。