JPS62193220A - 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１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（Ｂｉ２Ｏ５）　、酸化コバルト（ＣＯ２０３
）、酸化マンカン（ＭｎＯ２）、酸化アンチモン（５ｂ
２０ｓ　）などの酸化物を添加して、１０００〜１３６
０℃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ｊ
　ｍＡ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に本発明は、５ｂ２０３を主
成分とす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
基板上にヌ・３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、本発明を実施例を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℃で焼成した後、その焼結されたＺ
ｎＯを０．６〜５０Ａ１ｍ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０．０５〜１０ｍ０Ｌ％添加し、６００〜１３５０℃
で１０〜ｅＯ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５ｂ２０３絶縁被膜がほぼ数十〜
数百へ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５ｂ２０５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ボットミルでほぐし、上
記ＺｎＯ微粉末がそれぞれ複数個集まった微粉末群の状
軛としたＣ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Ｓｂ２Ｏ、絶縁被膜が
表面に形成された粉末状のＺｎＯＫ、粉末間の結合を図
る絶縁性の結合剤として低融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
点ガラス粉末外が粉末状の’　　ＺｎＯに対して５〜２
０　ｗｔ４となるようにしたものと１２、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、有機バインダーどしてはエチルセルロースを使
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１０ＷｔｃＩｊ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、３００〜５６０’Ｃで１０〜３０分
間、大気中で熱処理し、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、了はＺｎＯ粉末粉末量面
に施された５ｂ２０３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ＺｎＯ粉末粉末
量は互いに固められている。第３図はＩＴＯ電極１Ｎ、
１ｂが設けられたガラス基板３２Ｌ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、まず酸化亜鉛をアＱＯ℃で焼成し、こ
れに５ｂ２０３を０，５　ｍｏｌ　％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粉末と実計製薬（株）製の低融点ガラス
微粉末（ＺｎＯ粉末に対して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　ｍｆ、電極間距離を３０μｍとｌ−だ場合における
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、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　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　　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１ｍＡの電流
を流１〜だ時の電極間に現れる電圧をバリスタ電圧ＶＩ
ｍ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ハて
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
ｏｌｉｍと１７だ素子についてのものであるが、これは
ＺｎＯ粉末の平均粒子径が５〜１ｏ１１ｍ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．
３〜３μｍ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ｖ１ハ、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ｉ高度など、その他の条件は第４図の
場合の条件と同一とした。

第Ｓ図に示されるように、本発明１子においては並列外
′市容量が従来のＺｎＯバリスタが１０００〜２０００
０ＰＦであるのに対して非常に小さいものとな、）てい
る１、この並列静電容量が本発明素子にｂ−いて小さい
理由は、上述しブこ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を例にとり説明しだが、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。壕だ、同様
に絶縁被膜を構成する材料としては、ｓｂ、、ｏ、単独
に限られることはなく、Ｓｂ２Ｏ５を主成分として、人
／、Ｔｉ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｉ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
組合せて使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。まだ
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の保護素そや
低い電圧における電圧安定化米子として使用することが
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６図は本発明素子において５ｂ２０５
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．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　＆　、　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粉末、７・・・・・・Ｓ
ｂ２Ｏ３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１８鍜　
　　　　　　　　　　　　　　鵬 一つ 第４図 一力　電圧（１’） 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。