JPS62193226A - 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（ＣＯ２０ｓ
）、酸化マンガン（Ｍｎ０２）、酸化子：／　チモ／　
（Ｓ　ｂ２０５　）などの酸化物を添加して、１０００
〜１３６０℃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（バリスタに電流１
ｍ人を流しまた時の電圧ｖ１ｍ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Ｏ 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、Ｂ１７０５　。

Ｃｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２およびＳｂ２ＯＳの全てを少なく
とも含んでな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２、 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ねることとなる。まだ
、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、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、本発明を実施例にもとづいて詳細に説明する。

まず、粒子径が０．０Ｓ〜１μｍの微粒子状の酸化亜鉛
を７００〜１３００℃で構成した後、その焼結されたＺ
ｎＯを０．５〜６０μｍの粒子径（平均粒子径１〜１０
μｍ）に粉砕し、そのＺｎＯ微粉末にＢｉ２Ｏ３、Ｃｏ
２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ５の総量を０．０６〜１０
１１０１係添加し、６００〜１３５０℃で１０〜６０分
間、熱処理し、そのＺｎＯ微粉末表面にこれら酸化物の
絶縁被膜を形成した。ここで、微粉末状のＺｎＯの表面
には上記酸化物の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
うにして作成した酸化物の絶縁被膜が表面についたＺｎ
Ｏ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、上記ＺｎＯ微粉末が
それぞれ複数個集まった微粉末群の状態とした（以下、
この状態のものを粉末状という）。この時、一部に」二
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酸化物絶縁被膜が表面
に形成された粉末状のＺｎＯに、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
ラス粉末間が粉末状のＺｎＯに対して５〜２０ｗｔ％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
示すように工ＴＯ（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、その上に同じりＩＴＯ電極２の設けられたガラス
基板４を載置し、３００〜５６０℃で１０〜３Ｑ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粉末、７はＺｎＯ粉末６の表面に施
された酸化物絶縁被膜、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６の間は互い
に固められている。第３図はＩＴＯ電極１ａ、１ｂが設
けられたガラス基板３ａ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（−
１これにＢｉ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｍｎ　０２　、５ｂ
２Ｃ）５をそれぞれ０．２ｍｏｌチつまり総量で０．８
　ｍｏｌ係添加したものを９００℃、６０分間熱処理し
た後、この平均粒子径６〜１０μｍのＺｎＯ粉末と交野
製薬（株）製の低融点ガラス微粉末（ＺｎＯ粉末に対し
て２ｏｗｔ％）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１１ＩｌｆｆＰ、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。

１＝　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、電圧非直線ル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　Å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
ムと呼び、このバリスタ電圧’／＋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ｖ１１１
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、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だめ、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粉末の平均粒子径が０．３〜３
μｍ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、Ｂｉ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｍ
ｎＯ２゜Ｓｂ２Ｏ５の総添加量を変えた場合のバリスタ
電圧ｖ１／ＪＡ　、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１０ｏＯ〜
２００００ＰＦ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ては、Ｂｉ２Ｏ３、Ｃｏ
２Ｏ３、ＭｎＯ３、Ｓｂ２Ｏ５だけに限られることはな
く、Ｂｉ　、Ｇｏ　、Ｍｎ　、Ｓｂ　の全てを主成分と
して、ム／、Ｔｉ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｏｒ、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、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
，Ｃｏ２０−、、　ＭｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ５の総添加量を
変えた場合の電圧非直線指数α、バリスタ電圧ｖ１ハお
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　ａ　、　１ｂ　、２・−−−−−ｒＴｏ電極
、３．３Ｊ４・・・・・・ガラス基板、５・・・・・・
電圧非直線性素子、６・・・・・・ＺｎＯ粉末、７・・
・・・・添加物による酸化物絶縁被膜、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４図 一力　電圧（１’）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｂｉ＿２Ｏ＿３、Ｃｏ＿２Ｏ＿３、ＭｎＯ＿２および
   Ｓｂ＿２Ｏ＿３の全てを少なくとも含んでなる薄い絶縁
   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。