JPS63100702A - 電気的過剰ストレス防止材料および防止方法 - 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） 本発明は一般に電気的な過剰ストレスから電子装置を保
護することに関する。特に本発明は、極めて雉い立上り
時間と高いピーク出力とを伴う過渡現象の過剰ストレス
から電子装置を保護することに関する。

（従来の技術） 電子回路は、該回路の容量を越えるような過渡電圧や過
渡電流から保護される必要のあることは良く知られてい
る。このような電気的過渡現象は、回路に損傷を与える
と共にその動作にエラーを発生させることがある。現在
の電子通信システムおよび電子制御システムにおいては
、電気的過剰ストレスに対する保護が特に求められる。

その理由は、これらシステムの超小形固体電子部品が過
剰な電流および電圧に対して極めて敏感なためである。

電気的過剰ストレスに対して限定的な保護を提供する装
置や方法は各種知られている。最も基本的には、接地し
たワイヤスクリーン容器によって電子装置を電磁過渡現
象から遮蔽することが一般に行われる。しかし、このよ
うな遮蔽は、遮蔽された回路内に接続されている導線を
介して侵入する過渡的な電気的過１’ｌストレスに対し
て電子装置を保護しない、このような過渡的な電気的過
剰ストレスから回路を守るためには、各種の保護装置を
単独でまたは組み合せて適宜使用する９このような保護
装置には、ヒユーズ、火花ギャップ、バリスタ、ツェナ
ーダイオード、トランスシーブ、薄膜装置、バイパスコ
ンデンサ、インダクタ、およびフィルタなどがある９こ
れら装置は、電圧サプレッサまたは電圧アレスタと呼ば
れることもあるが、一般には電気的過剰ストレス（ＥＯ
３）保護装置として説明し得るものである。使用におい
てＥＯ８保護装置は、保護される回路とアースとの間、
丈たは保護される回路に連絡する導線とアースとの間に
接続される。これらＥＯ３保護装置の目的は、ＥＯ３過
渡現象をアースにそらすことにより、該過渡現象に起因
するエネルギが、保護されている回路に損傷を与えない
ようにすることである。

本発明の目的において、ＥＯ３過渡現象は、回路の通常
の動作を損なう才たけ乱すような過渡電圧または過渡電
流状態として定義できる。実際に問題となる過渡現象の
電気的過ｆ’Ｊストレスは、電磁パルス（ＥＭＰ）　、
落雷、丈たは静電数″：ｒ、（ＥＳＤ）によって発生さ
れ得る。これらの過渡現象は、数ナノ秒以下から数マイ
クロ秒までの範囲の時間に最大振幅まで上昇し、これが
繰り返し発生されることが多い。以下の説明において、
ＥＯ８過渡現象は、パルスおよびサージと呼ぶこともあ
る。

静電放電（ＥＳＣ）による過渡的な過剰ストレスの一般
的な例としては、カーペットを敷いたオフィスにおいて
絶縁性の衣服をまとった人に蓄積される静電気に起因す
るものがある。ＥＳＣ過渡現象の放電時には、２０，０
００ボルトを越える電圧および４０アンペアを越える電
流が伴われることがある。このような過渡現象は、コン
ピュータや他の電子装置内の電子部品を混乱させ破壊す
ることがある。ＥＳＣ過渡現象は、数ナノ秒以下におい
てピーク放電電圧に到達するが、この速度は従来の過剰
ストレス保護装置を凌駕する。

落雷も電子回路に悪影響を与える電気的過剰ストレス（
ＥＯ３）過渡現象の例である。数マイル以内の落雷は、
強い電磁エネルギを放射し、これによって送電線に数千
ボルトのパルス振幅が発生されることがある。一般に、
落雷による過渡現象のピークまでの時間は、数マイクロ
秒であり、このような過渡現象はＥＳＤ過渡現象よりも
数千倍遅い。

電磁パルス（ＥＭＰ）過渡現象は、核兵器や他の高エネ
ルギ装置によって発生される。ＰＡえば核爆発は、６０
０マイル以上の半径にわたって１メ一トル当たり５０，
０００ボルトを越える電界を発生し得る。このような電
界のピーク振幅は数ナノ秒以内に達成され、この過渡現
象による電気的過剰ストレス（ＥＯ３）は、通信機器や
他の電子装置を使用不能にし得る。

ＥＭＰに起因する超小形電子部品、特に接合電界効果型
トランジスタおよびマイクロ波ダイオードに対する影響
は、ｒＪ、Ａｐρ、　Ｐｈｙｓ、　Ｊの１９７９年７月
第５０（７）号のｒ　Ｎｂｏ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ｆｏｒ
　５ｕｂｎａｎｏｓｅｃｏｎｄＴｒａｎｓｉｅｎｔ　Ｐ
ｒｏｔｅｃｔｉｏｎ」においてＨ，Ｒ，Ｐｈ１ｌｉｐｐ
およびり、Ｍ、　Ｌｃｖｉｎｓｏｎにより論じられた。

両著者は、従来の装置は、電力回路または低周波回路を
落雷才たはスイッチングサージから守ることはできるが
、高速な立上り時間を有するＥＭ濾過渡現象に対しては
適切な保護を提供しないと強調している。

（ここで「立上り時間」とは、過渡現象が最大振幅に到
達するまでに要する時間である。）電気的な外乱に対す
る保護装置の簡単な例は、通常のヒユーズである。ヒユ
ーズは電力線における電流に敏感であり、高い電流が流
れると溶断点まで加熱される。溶断後、ヒユーズは開回
路状態を作る。この加熱にはかなりの時間を必要とする
なめ、ヒユーズは極めて高速の応答が求められる状況に
は使用できない。例えば、ヒユーズは、数マイクロ秒の
立上り時間を伴うＥＯ３過渡現象には適切な応答をしな
い。またヒユーズは、多くの電気的過１ｐ１ストレスに
対する保護用として使用できない、この理由は、ＥＯ３
状態に応答した後、ヒユーズは不可逆的に破壊されてし
式い、交換されなければならないからである。ヒユーズ
に望まれる特性は、ＥＯ３過渡現象に対して保護機能を
果たした後、その保ｆｆ１１１能を自動的に回復するこ
とである９ 実際において、保護特性を自動的に回復する能力は、多
くの従来の過剰ストレス保護装置、特にバリスタにおい
て、ある程度実現されている。バリスタは一般に、「ク
ランプ」電圧と呼ばれる特性を有する。クランプ値以下
の印加電圧に対しては、バリスタは高い抵抗を提供する
ので、基本的に開回路として機能する９一方、クランプ
値を実質的に越える印加電圧に対しては、バリスタは実
質的に減少された抵抗を提供し、大きな振幅の電気的過
渡現象をアースに分岐させる。従って、バリスタを信号
搬送用のラインに接続した場合、バリスクは通常の電圧
レベルにおいてそのライン上の信号に影響を及ぼさない
が、大きなＥＯ３外乱が少なくとも比較的遅い立上り時
間を有している場合、それを分岐させる。

クランプレベルよりも低い電圧において高い抵抗を示し
、クランプレベルよりも高い電圧において低い抵抗を示
すという特性は、本明細書において非線形抵抗（ＮＬＲ
）と呼ぶ。各種の材料がＮＬＲ特性を有するものとして
知られており、−ｉ的な例としては酸化亜鈴がある。こ
のような材料は、多くの過剰ストレス保護装置に使用さ
れており、例えばバリスタは酸化亜鈴粒子によって構成
されることが多い。このような材料は、高抵抗状態にあ
る場合、「オフ状態」にあると云われ、低抵抗状態にあ
る場合、「オフ状態」にあると云われる。

バリスタは市販されており、落雷サージにおける場合の
ように比較的大きな過渡現象エネルギに対して過剰スト
レス保護を提供するために十分な能力を有している。た
だしバリスタの一つの欠点は、キャパシタンスが比較的
大きいなめ、応答時間が遅いことである９バリスタの構
造および動作は、米国のＧｅｎｅｒａｌ　Ｅｌｅｃｔｒ
ｉｃ社が１９８３年に発行したｒ　Ｔｈｅ　Ｔｒａｎｓ
ｉｅｎｔ　Ｖｏｌｔａｇｅ　５ｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　
Ｍａｎｕａｌ　Ｊ第４版に説明されている。このマニュ
アルによれば、バリスタは、６０００アンペアまでの電
流を伴う２００ジユールオでのエネルギを処理する能力
を持つ。バリスタ材料のミクロ精造は、焼結酸化金属粉
の粒子で構成される。この焼結酸化金属粉の特性として
、粒子境界を横断する電圧降下はほぼ一定であり、粒子
の大きさに関わりなく一般に粒子境界の接合部につき約
２〜３ボルトである。

特定のバリスタ材料は、米国特許第４，１０３゜２７４
号に開示されている。この特許によれば、バリスタは多
結晶酸化金具材料から形成することができ、特に可塑性
樹脂基質における複合酸化金匡セラミック粒子から形成
することができる。

電子回路に通常使用される他の多くの装置もＮＬＲ特性
を有し、電気的な過剰ストレス保護を提供するために利
用されてきた９このような装置の代表的な例として、半
導体ダイオード、トランジスタ、およびツェナーダイオ
ードがある。特に、ツェナーダイオードは、印加電圧が
閾値に到達するまでほぼ無限の抵抗を提供し、その後急
速に抵抗を減少させるする特性を有する。他の過剰スト
レス保護装置に比べて応答時間が比較的早いものの、ツ
ェナーダイオードは、幾分かのキャパシタンスを呈する
ので、数ナノ秒以下の立上り時間を有するＥＯ３過渡現
象に遭遇した場合、大きな時間遅れを示す。また、実用
的なツェナーダイオードは、比較的限定された動作領域
を有し、大きなエネルギを処理する能力がない９ ツェナーダイオードなどの従来使用されているＥＯ３保
護装置は、電磁パルス（ＥＭＰ）において引き起こされ
るような急速な過渡現象に遭遇した場合、かなりの「行
過ぎ」を示すことが多い。

「行過ぎ」とは、過剰ストレス保護装置が導電状態にな
る前に、過渡電圧が当該保護装置のクランプ電圧を越え
る値を意味する０例えばダイオードにおいては、行過ぎ
は、リード線内のインダクタンスによって、およびダイ
オード内のｐ−ｎ接合拡散層に充電するために必要な時
間によって発生することがある。過剰ストレス保護装置
に接続される回路は行過ぎ時間中に損傷され得るので、
行過ぎはその大きさおよび期間において最小にされる必
要がある。

火花ギャップ装置も、ＥＯ３保護について比較的大きな
エネルギを処理する能力を有する２火花ギヤツプは、作
動されると、はぼ無視できる程度の抵抗を伴った極めて
イオン化された導電通路と形成することによって導通ず
る９火花ギヤ・ツブ装置が十分なエネルギを吸収して前
記導電通路を発生させるまでには、数マイクロ秒の時間
が必要なので、火花ギャップ装置は高い導電状態になる
までに大きな行過ぎを呈する。また、火花ギヤツブ装面
が低い抵抗レベルにおいて導通状態になった後、保護回
路を短絡させることがある。

ＥＯ３保護を提供するための薄膜装置は、各種の分層し
た固体材料を含む。この固体材料内において、電流は狭
い通路内を導通される。これら通路は、代表的にそのサ
イズがミクロン以下からミクロンまでであるなめ、温度
的に制限された状態になるまで比較的少量のエネルギを
吸収するだけである。実際において、薄膜′Ａ置は、極
めて大きな行過ぎを示し、比較的少数回の過渡現象に反
応し７′、−後、回復特性を失ってしまう。

フィルタは、一般に、抵抗器、コンデンサ、インダクタ
、および固体素子（ダイオード、トランジスタ、および
演算増幅器など）の組み合せで構成される。これらフィ
ルタは、大きなＥＯ３過渡現象に対する保護としてはそ
の応用が制限される。

理由は、フィルタの性質上、ある周波数を通過させると
共に他の周波数を阻止するからである。ＰＡえば、コン
デンサは、高周波信号を導通させるが低周波信号を阻止
する。多くの高速な立上り時間を伴う過渡現象は、超高
周波成分または超低周波成分を含む広帯域の周波数を有
するので、従来のフィルタはＥＯ３保護として不適切で
ある。

（発明が解決しようとする問題点） 前記したように、従来の装置および材料は、数ナノ秒以
下の立上り時間と広帯域の周波数スペクトルとを有する
電気的な過渡外乱に対しては、適切な保護を提供できな
い、また、各タイプの過剰ストレス保護材料は、それぞ
れ欠点を有しており、特に、高エネルギと高速立上り時
間とを有するＥｏＳ′Ｉ！Ａ渡現象に反復して遭遇する
と、保護特性を回復しなくなる欠点を有する。

そこで本発明の第一の目的および特徴は、改良された非
線形抵抗材料を提供し、数ナノ秒以下の高速な立上り時
間を有する電気的過渡現象の反復から回路を保護するこ
とである。

特に本発明の目的および特徴は、数ナノ秒の立上り時間
を有する過渡現象に対して繰り返し応答する能力を有し
、最小のまたは制御可能な行過ぎを有し、大きなエネル
ギを処理できる、非線形抵抗特性を有した電気的過剰ス
）・レス保護材料を提供することである。

本発明の他の目的および特徴は、異なる化合物または異
なる形状を選択することによって選択的に形成され、５
〜１０，０００ボルトの範囲の電圧において選択的にク
ランプできる、前記特性を有する非線形抵抗材料を提供
することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、非線形抵抗材料を提供し、電気的過剰ストレ
スに対する保護を提供する。この材料は、約数百ミクロ
ン以下のサイズを有する導電材料の分間した粒子と、約
数百ミクロン以下のサイズを有する半導体材料の分離し
た粒子と、前記各粒子を覆うための絶縁材料とを全般に
均一に混合してなる基質材料である。これら粒子は、基
質材料内においてほぼ均一に混合され、無数の粒子の開
を提供する。この時、粒子間の距離は、電子の量子力学
的なトンネルによって粒子間に実質的な導電状態が実現
される程度に短いものとする。好適実Ｂ＠例において、
本発明の材料は、さらに結合剤または実装材料を含み、
その中において導電材料および半導体材料の粒子は、は
ぼ均一に混合される。

さらに、本発明は、数ナノ秒以下の高速な立上り時間を
有する電気的過渡現象に対して保護を行うための非線形
抵抗材料を形成するための方法を提供する。この方法は
、導電材料と半導体材料との分離した粒子を提供する段
階を備える。これら粒子のサイズは約数百ミクロン以下
である。本発明の方法は、さらに、各粒子に絶縁材料を
別個に塗布することによって各粒子に数百オングストロ
ーム以下の厚さの塗膜を与える段階と、導電材料の塗膜
された粒子と半導体材料の塗膜された粒子とを混合する
ことによってほぼ均一な基質材ト［を形成する段階とを
備える。前記基質材料は、隣接した多数の粒子の連鎖を
有する。各粒子は極めて接近しており、隣接した粒子間
においては、印加される電気的過渡現象に応じて、量子
力学的なトンネルによる実質的な電子の移動が行われる
。

本発明の過剰ストレス保護材料の特長は、容易に自由な
形状に形成きるため、アンテナ、電気および電子回路、
相互接続ハーネス、プリント回路板、および集積回路要
素などを含む各種の電気および電子装置に接続できるこ
とである。

本発明のその他目的および特徴は、添付図面と好適実施
例とを９照して下記に説明する９（実施ｒＩＡ＞ 第１図に示すように、本発明に基づく電気的過剰ストレ
ス保護材料は、基質材料９を有する。基質材料９は、分
離した導電粒子１１と半導体粒子１３とを任急に混合し
たものである。これら粒子１１．１３は極めて接近して
いるが、ＷＩ造的には絶縁材料１５によって公社されて
いる。この絶縁材料１５は十分に薄いので、粒子１１．
１３間に電子の量子力学的トンネルを可能にする。導電
粒子１１と半導体粒子１３との間の間隙体積には結合材
料１９が充填される。第１図に示す基質材料９の断面は
、上部および下部のプレート状金属電極２１および２３
の間に保持される。２枚の電極２１．２３を分離する基
質材料９の寸法は、粒子１１．１３の寸法の数倍を越え
る。電極２１，２３の形状は設計において選択できる。

基質材料９の機能を一般的に理解するため、電［ｉ２１
は電気的過剰ストレス（ＥＯ３）過渡現象に対して保護
される回路に接続され、電極２３は装置のアースに接続
されるものとする９このため基質材料９は、電極２１．
２３の介在物として作用する。

基質材料９の特性として、オフ状態において高い抵抗（
一般に１センチメートル当なり１０９オーム以上）を有
し、オン状態において低い抵抗（一般に約１センチメー
トル当たり１〜１０００オーム）を有する。また、基質
材料９は、オフ状態からオン状態への切替が、ナノ秒以
下の立上り時間を有するＥＯ３過渡現象に応答して、１
ナノ秒以下の間に行われる９基質材料９のこのような応
答は、実買的な行過ぎを伴わずに行われる。また、基買
材ｊ１９は、５０，０００ボルトの高電圧を伴う高エネ
ルギ過渡現象が連続的に反復された後でも、オン状態と
オフ状態との間の切替能力を維持する能力を有する。

基質材料９内において、導電粒子１１は約１００ミクロ
以下のサイズであるが、これがカーボンブラック粉の場
合は１００オングストローム程度とすることができる。

半導体粒子１３の粒子サイズの好適範囲は一般に約０．
１〜約１００ミクロンであり、この範囲を逸脱する粒子
の数は数個におさえる。実際においては、前記範囲の上
限を越える粒子の数を最少にする。この理由は、大きな
粒子は単一の導電通路を形成する傾向があり、これが基
質材料９の特性に悪影響を及ぼし、特に反復される過渡
現象に対する残存性能を劣化させ、破局的絶縁破壊を引
き起こすことがあるためである。

・　　第２図に最も良く示されるように、導電粒子１１
と半導体粒子１３とは、電気絶縁材料１５によって別個
に塗膜される。実際において、絶縁材料１５は、それ自
体約７０〜３００オングストロームのサイズの粒子で構
成することができる。この場合、絶縁粒子のサイズは、
塗膜導電粒子１１および塗膜半導体粒子１３のサイズの
約１／１０〜１／１０，０００である。

実際において、導電粒子１量は、カルボニルニッケル、
特にｌＮＣ０タイプ２５５カルボニルニツケル粉で形成
することが好ましい。しかし、基質材料９内において使
用される導電粒子１量は、炭化タンタル、炭化チタン、
カルボニルニッケル以外のニッケル、炭化タングステン
、炭化ホウ素、炭化ジルコニウム、カーボンブラック、
黒鉛、銅、アルミニウム、モリブデン、銀、金、亜鉛、
黄銅、カドミウム、青銅、鉄、錫、ベリリウム、鉛、ホ
ウ化物、およびミューメタルなどの他の実際的な導電材
料で形成することもできる。

導電粒子１１を形成する導電材料は、１センチメートル
当なり約１０−１〜１０−６オームの抵抗を有する必要
がある。いくつかの適切な材料の抵抗は次のとおりであ
る。

ｌ　ｘ　１０−４Ω／ｃｙａ　　炭化チタン７ｘ１０−
ラΩ／ｃｍ　　炭化コロンビウム２　ｘ　１０−’Ω／
　ｃ＋ａ　　炭化タンタル１　ｘ　１０−’Ω／Ｃ−炭
化タングステン６　ｘ　１０””Ω／　ｃｍ　　炭化ジ
ルコニウム場合によっては、導電粒子１１を金属ケイ化
物で形成すると好都合である。この理由は、金属ケイ化
物が金属と同様の抵抗と高温安定性とを有するためであ
る。導電粒子１１として適切な各種金寓ケイ化物は、Ｓ
、　Ｐ、　Ｍｕｒａｒｋａによるｒ　Ｓｉ　１ｉｃｉｄ
ｅｓｆｏｒ　ＶＬＳＩ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（
Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ、　　１９８３年）の第
３０〜３１ページに記載されている。

第１図および第２図は、導電粒子１１と半導体粒子１３
とが全般に不規則な形状をなし、多くの鋭角点または針
状体を有することを示す。これらの形状は実際に幾つか
の利点を有する。カルボニルニッケルなどの針状体を有
する材料は、粒子間電界を増強させ、基質材料９内にお
ける導電を促進する。電界増強の特別の利点は、急速な
立上り時間を有するＥＯ３過渡現象に応じ、基質材料９
のオフ状態とオン状態との間の切替速度が早まることで
ある９ 半導体粒子１３は従来の半導体材料のいずれで形成して
もよい。好適な材料としては、炭化シリコン、炭化ベリ
リウム、酸化カルシウム、カルコゲニド、ドープシリコ
ン、酸化ニオブ、酸化バナジウム、アンチモン化インジ
ウム、酸化跣、炭化ホウ素、セレン、硫化鉛、テルル化
鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛、硫化銀、二酸化チタン
、ホウ素、セレン、デルル、ゲルマニウム、および炭化
バナジウムである。有機半導体およびゾル−ゲル処理に
よって作られる半導体も使用可能である９第３図は、導
電材料と半導体材料のパーセント比率による基質材料９
の各種組成のクランプ電圧（こおける効果を示す。クラ
ンプ電圧は１０００ボルトのパルスを繰り返し加えるこ
とによって測定した。このテストに使用した特定の基質
材料は、導電粒子としてニッケルのみ、半導体粒子とし
て炭化シリコンで形成した。このテストの結果、クラン
プ電圧は、導電材料の比率が約ｌＯ′３≦以上に上昇す
るまで、印加過渡現象の大きさに接近することが分かっ
た。導電粒子の相対比率が約５０％以上に上昇されると
、クランプ電圧は印加パルスの大きさの比較的小さな部
分まで減少する。

一般に、粒子１１．１３を覆う絶縁材料１５は十分に薄
く塗布され、隣接する粒子間において破局的絶縁破壊（
この語は本明、ｉ！Ｉ′！！！において、基質材料９を
通って短絡通路が不可逆的に形成されてしまうことを意
味する）を生ぜずに量子力学的トンネルを実現するもの
でなければならない、適切な絶縁材料１５は、小さな粒
子として！たは薄膜状の塗膜として提供することができ
る。薄膜状の塗膜は、例えば、酸素の存在中において導
電粒子１１を反応させ、該粒子上に酸化金属の表面層を
形成させることによって提供できる。（このような反応
は、基質材料９に導電粒子１１を混合する前に完了され
る。）また、絶縁材料１５は、基質材料９内の他の材料
と化学反応を引き起こしてはならない９ 実際において、絶縁材料１５は、例えば商標名Ｃａｂ−
０−８ｉ　ｌで市販されているＰｉ蒸三二酸化シリコン
どが好ましい。他の適切な絶縁材料は、カオリン、カオ
リナイト、三水和アルミニウム、長石、シリカの各種形
態、ガラス球、炭酸カルシウム、硫化バリウム、硫化カ
ルシウム、および各種油である。

絶縁材ｒ＋１５の一つの機能は、導電粒子１１と半導体
粒子１３との間に、制御された構造的な狭い間隔を提供
することである。基質材料９の有利な特性を完全に発揮
させるため、多数の導電粒子１１と半導体粒子１３とは
、約５０〜数百オングストロームの範囲の距離だけ互い
に分間させる必要がある。最適な粒子間の間隔は、導電
粒子１１および半導体粒子１３を形成する材料と、予想
される印加電界とによる。いずれにせよ、粒子間の間隔
の大部分は、十分に小さくし、隣接する導電粒子１１と
半導体粒子１３との間に、電気的過渡現象に応じて、材
料の全体にわたり量子力学的ｌ・ンネルによる導電を実
現しなければならない。

絶縁材料１５を存在させないと、基質材ｔ［９は、高エ
ネルギ過剰ストレスの外乱の後、高抵抗状態を回復せず
、代わりに比較的に永久的な低抵抗のアースへの分岐を
形成してしまう。基質材料９が、高エネルギ過渡現象に
反応した後、高抵抗状態に戻る能力は「残存性」と呼ぶ
ことができる。

絶縁材料１５の他の目的は、導電粒子１１を互いに物理
的に十分に分離させ、高いオフ状態抵抗を提供すること
である。絶縁材料１５を存在させないと、隣接する導電
粒子１量は、基質材料９を通して導電連鎖を形成してし
まい、基質材料９のオフ状態における体抵抗を容認でき
ないほど低めてしまう。

結合材料１９は、固体材料から流体材ｆ′＋（気体また
は液体）まで各種にわたることができる。固体または半
固体の結合材料１９は、粒子間の間隔を提供すると共に
、粒子１１．１３の間の間隙空間を充填する。固体の結
合材料は粒子間に機械的な結合を提供するが、この機能
は重要でなく、基質材料９を保護部品に合わせて容易に
各種の寸法と形状とに形成する上で便利なものである９
粒子間に機械的な結合が提供されない場合、基質材料９
に対してｖＪ造造語器設ける必要がある。この容器のタ
イプは設計上の選択の問題であり、従来の方法に従う。

適切な容器材料は、セラミック、エポキシ、ポリマー、
塗料、油、および金属などであるがこれらに限定される
ものではない、一般に、絶縁容器には、内蔵された基質
材料９との実質的な接触を実現するなめ、電極が適切に
配置される。

一般に結合材料１９は、１センチメートル当なり約１０
１２〜１０λラオームの抵抗を有する電気絶縁材料であ
る。実際において結合材料１９は、エポキシを含む熱硬
化性ポリマー、熱可塑性材料、ゴム、ポリマー合金、ま
たはポリマーブレンドとすることが好ましい。結合材料
１９は、セラミック、油、燻蒸シリカ、水、空気、真空
、Ｎ２およびＳＦ６などの気体など他の適切な電気絶縁
材料で形成することができる。

結合材料１９は電気絶縁材料であるので、基質材料９の
クランプ電圧に影響を及ぼすことがある。

例えば、同じ重量パーセントの半導体粒子１３と導電粒
子１１との組成を有する基質材料っけ、使用される結合
材料１９の特定のタイプに応じて異なるクランプ電圧を
提供し得る。この効果は、基本的に結合材料１９の絶縁
定数の関数である９従って、ポリマーで結合材料１９を
形成することの利点は、基質材料９の全体絶縁定数を減
少させることである。この基質材料９の絶縁定数は、通
常、基質材料９が低キャパシタンスを有することが求め
られる場合、小さくなければならない。高いキャパシタ
ンスが必要の場合（基質材料９が、裸線、ＰＣＢ材料、
ケーブル、同軸コネクタ、または送電線インピーダンス
が重要であるその他装置の回路要素の設計に使用される
場合）、結合材料１９の絶縁定数を選択的に増加して所
望の容量性インピーダンスを提供することができる。

結合材料１９は基質材料９のオフ状態抵抗にも影響を与
える。このため第４図は、ポリマー結合材料１９の重量
パーセントの関数としてのオフ状態抵抗を示す。第４図
のグラフの縦軸は対数表示である。基質材料９のオフ状
態抵抗を大きく変化させるために必要な結合材料１９の
量は、代表的に、約１０重１％〜約３５重量％の範囲で
ある。

基質材料９は、結合材料１９の含有量が約３０％に上昇
するまで、比較的導電性である９オフ状態およびオン状
態における抵抗をさらに制御するため、結合材料１９に
は可塑剤および結合剤を加えることができる。実際にお
いて、１０゜０００ｃｐｓ〜２０ｃｐｓの範囲において
１〜５！Ｉ！量％の可塑剤を添加すると、基質材料９の
オフ状態抵抗は６０にわたって変化する９ 基質材料９の組成の特定の例として、２重量％のＣａｂ
−０−３ｉ　１．１２重量％のカルボニルニッケル、３
０重量％のエポキシ、および５６重量％の炭化シリコン
からなる組成がある。基質材料９の組成のより一般的な
例は、２２．５重量％のカルボニルニッケル、４３重量
％の炭化シリコン、２．５重量％のＣａｂ−０−３ｉ　
ｌ、および３２重量％のエポキシである。これら組成に
おいて、導電粒子１１はカルボニルニッケルで形成され
、半導体粒子１３は炭化シリコンで形成され、絶縁材料
１５はＣａｂ−０−３ｉｌであり、結合材料１９はエポ
キシである９代表的な組成において、基質材料９は１〜
５０重量％の導電粒子１１を含有する。

本発明に基づく材料は、約０．５ナノ秒以下の立上り時
間を有する電気的過剰ストレス過渡現象に極めて有効に
反応することを示した。０．３ナノ秒より長く１〜２ナ
ノ秒よりも短いピークまでの立上り時間を有するＥＯ３
過渡現象に応答する場合、基質材料９の各種組成は著し
い行過ぎを示さないことが発見された。第５図は、約１
ジュールのエネルギを有する電気的過渡現象に対する基
質材料９の代表的な動作を示す、また第５図は、同一の
過渡現象を他の（従来の）過剰ストレス保護装置に印加
した場合に発生する過渡条件を示す。

例えば、第５図に示す曲線Ｓは、同一の過剰ストレス過
渡現象に遭遇した場合の代表的な火花ギャップを横断し
て現れる電圧を示す。曲線■は、同一の過渡現象を印加
した場合に代表的なバリスタを横断して現れる電圧状態
を示す。同様に曲線２は、同一の過渡現象パルスした場
合に代表的なツェナーダイオードをｔｉｌ＠して現れる
電圧を示す。

第５図において、基質材料９の曲線Ｍは、急速にクラン
プ電圧Ｖｃに等しいほぼ一定の関数になる。

クランプ電圧Ｖｃは、基質材料９の組成と、ＥＯ３過渡
現象の電気的特性と、基質材料９によって保護される負
荷の電気的特性とによる。一般に、基質材料９に印加さ
れる過渡現象が大きいほど、クランプ電圧Ｖｃは高くな
る。第５図に示す他の過剰ストレス堡護装置もクランプ
電圧に近付くが、基質材料９はと高速でない、また、他
の装置が近付くクランプ電圧は、必ずしも電圧Ｖｃの大
きさが一定でない。

第５図に示す従来の過剰ストレス保護装置において、火
花ギャップ装置は最も大きな行過ぎを示し、そのクラン
プ電圧を約１，０００ボルト越える。次（こ大きな行過
ぎはバリスタに観察され、４００ボルト以上クランプ電
圧を越える。これに対し基質材料９は、無視し得る程度
の行過ぎを示す９ＥＯ８過渡現象に応答して電圧がクラ
ンプ値を示す時間は、「クランプ時間」と呼ぶことがで
きる。過剰ストレス保護装置によって提供される保護の
効果は、このクランプ時間によって定義することができ
る。第５図において、ツェナー装置のクランプ時間は約
２ナノ秒である。基質材料９は、明らかに他の過剰スト
レス保護装置および材料よりも極めて短いクランプ時間
を提供しており、より効果的である。第５図において特
に強調されるべき点は、従来装置と基質材料９とに同一
の電圧が印加されたこと、および前記従来装置は、実際
において同様の状況下で使用されるであろう装置を代表
するものとして選択されたことである。従って、第５図
は従来装置と基質材料９とを比較してそれらの相対性能
を示すものである。

第６図は、本発明に基づく基質材料で形成された装ｒａ
５３によって保護される導線５１を示す。

導線５１はいずれのタイプの導線でも良く、ＥＯ８保護
を必要とするネットワークに電気信号または電力を搬送
するものである。第６図に示す実施例において、装置５
３は中空円筒形断面を有する基質材料であって、導線５
１と円筒形外被５７との間に介在され、その円筒形断面
の内側表面は導線５１と物理的に接触し、該円筒形断面
の半径方向の外側表面はアースに接続される。

第６図に示す装置の動作において、通常の条件下では、
導線５１は保護回路に信号を送る。導線５１とアースと
の間の電位差が正常の場合、基質材料の抵抗は十分に高
いので、無視し得る程度の電流が基質材料を通して伝導
される。高エネルギのＥＯ３外乱が発生すると、導線５
１上の電圧が極端に上昇し、基質材料の抵抗が著しく減
少するので、導線５１からアースへの電気的分岐が提供
される。基質材料を通って流れる電流は、ＥＯ３外乱に
よる電流と、導線５１が実質的にアースに短絡されたこ
とによって該導線５１を通って流れるＴ４流との総和で
ある。従って、基質材料９によって処理されるエネルギ
は、過渡現象パルスから放散されたエネルギと、導線５
１が接続されている電気装置から基質材料に放出された
エネルギとの総和である。前記分岐電流は、導線５１の
電位が基質材料のクランプ電圧よりも高い間、持続する
。

実際的な見地から、要求エネルギ搬送能力が大きいほど
、ＥＯ８保護における基質材料の必要体積は大きくなる
。保護される対象が例えば単一の超小形電子部品である
場合、基質材料の必要体積は比較的小さい、一方、保護
回路が大形のアンテナを含む場合、必要な体積は比較的
大きい、設計の原則として、本発明に基づく基質材料は
、１立方センチメートル当なり約１０ジユール以上のエ
ネルギを実現するが、この率は該基質材料を形成する材
料によって実質的に変化する９実際には、基質材料は、
０．５〜数百ジユールのエネルギを基質材料の質量に応
じて搬送する。

基質材料９の動作の詳細を説明する。適切な質量の基質
材料９が、アースと保護される電子部品またはその電子
部品に付随する導線との間に接続されるものとする。そ
して高エネルギーＥＯ８過渡現象が保護回路に対して印
加される。この過渡現象が基質材料９に到達すると、こ
の過渡現象に伴う電界が基質材料９を横断して急速に上
昇し、基質材料９内の各粒子および各粒子間の接合また
は障壁を横断する電界も同様に上昇する。この電界は、
同時に、多くの導電メカニズムを開始させ、各種の搬送
現象が、過渡現象の開始からの経過時間に応じて支配的
となる。例えば、電流は、基質材料９を通って、または
隣接する半導体粒子１３の間の接合を通って、または隣
接する半導体粒子１３と導電粒子１１との間を流れる。

従って、ＥｏＳ過渡現象の電圧が基質材料９のクランプ
値より高い間、多数の電流通路が粒子１１．１３の鎖に
沿って基質材料９のいずれの部分内においても存在する
。

電界は導電粒子１１の体積の内部からは除外される９こ
れにより、半導体粒子１３を横断する電界と、絶縁材料
接合を横断する電界とが上昇される。これら電界は、導
電粒子１１が鋭角点を有する箇所においてさらに増強さ
れる。このなめ、隣接する導電粒子１１同士の特定の鎖
における抵抗が十分に小さいと、電流は導電粒子１１の
オーム抵抗と印加された電界の強さとに一致する鎖を通
って流れる。

半導体粒子１３は、個別の非線形抵抗要素と見なすこと
ができる。印加される電界が半導体粒子１３を横断して
上昇すると、半導体材料の成分は各粒子の導電度の変化
を制御するので、基質材料９を通して電流を搬送する半
導体粒子１３の鎖の導電度が制御される。つまり、半導
体粒子１３の数と成分とは、一般に基質材料９の体抵抗
を決定する。絶縁材料１５で形成される障壁接合を横断
する電圧降下も、基質材料９のオン状態の体抵抗に影響
を与える。このため、基質材料９の合計導電度は、導電
粒子１１と半導体粒子１３と絶縁材料１５および結合材
料１９によって提供される障壁接合とについてのすべて
の電圧降下の直並列総和に直接関係する。

第７図において、半導体材料１３を横断する電圧降下は
Ｖｓｃで示され、導電粒子１１を横断する電圧降下はＶ
ｍで示され、２種の粒子を分離させる絶縁材料１５を横
断する電圧降下はｖｂ　（境界電位）で示される。従っ
て第７図は、基質材料９内の部分的なＭ（２個の粒子）
を示すものと考えることができる。この鎖に沿った合計
電位差は、ＶｓｃとＶｂとＶ＠との総和である。

さらに第７図に関連し、絶縁材料１５の塗布は、粒子１
１と粒子１３とが接触する領域内ではややずれているこ
とが分かる。実際において、基質材料９を形成するため
に粒子を混合すること、あるいは粒子への絶縁材料１５
の不適当な塗布は、場合によって、導電材料を半導体材
料に、または一つの粒子の導電材料を他の粒子の導電材
料に、または一つの粒子の半導体材料を他の粒子の半導
体材料に直接接触させることがある。このような不規則
さは、これらが互いに比較的遠方で発生する限り、基質
材料９の性能に悪影響を及ぼさない。

量子力学的トンネルによる電子の移動が開始されると、
他の移動メカニズムが支配的となる。例えば、熱電子放
出がトンネル現象と同時に発生することが多い、また、
電子雪崩降伏やツェナー降伏による電子移動や、電界放
射効果が発生し得る。

このような電子移動メカニズムの累積の結果、高速な立
上り時間を有する過渡現象によって引き起こされた印加
電界の存在下において、基質材料９に高い非線形抵抗質
が与えられる。

ＥＯ３過渡現象によって発生された電界が減少すると、
導電粒子１１と半導体粒子１３との間の接合におけるエ
ネルギ障壁は、この障壁を横断しようとする電子のエネ
ルギに比較して上昇する。

（第７図において、接合におけるエネルギ障壁は、電圧
降下ｖｂとして示されている。）この結果、基質材料９
は、過渡現象の大きさの減少と共に急速に抵抗３増し、
基質材料９の分岐動作は急速に減少する９ 基質材料９を形成する主な目的は、多数の隣接する粒子
の鎖を提供するとともに、該鎖に沿った粒子間の間隔を
十分に小さくすることにより、粒子同士を隔てている絶
縁材料１５を通る電子の移動が初期において量子力学的
電子のトンネルによって支配酌に行われるようにするこ
とである。つまり、導電粒子１１と半導体粒子１３とは
十分に近接させるとともに絶縁材料１５によって互いに
分ζされる９これにより、各粒子は鎖または網を形成し
、各粒子間の接合はトンネル接合と呼ばれるものを構成
する。従って、トンネル接合は、数百オングストローム
以下の粒子間隔として定義できる。印力ＩＦ界が存在す
る場合、トンネル接合においては、当該接合が作る理論
的なエネルギ障壁がこの障壁を通って移動する電子の少
なくともいくつかの電子のエネルギを凌駕しても、電子
は絶縁材料１５を通り抜ける。このような電子の行動は
、電子行動の確率モデルによって説明される。

すなわち、電子が接合障壁を横断するのは、それら電子
のエネルギが障壁エネルギより大きいためでなく、トン
ネルのためであると考えられている９トンネル電流は、
印加電界が最小値を越えるのとほぼ同時に発生する。こ
のため、基質材ト１９の応答時間が比較的高速なのは、
印加電界が高く、絶縁材料１５の提供する有効障壁幅が
薄く、半導体粒子１３が小さい場合に、量子力学トンネ
ルによって電子が移動するためと考えられる。また、他
の電子移動現象に比較し、量子力学トンネルによる導電
度の増強は、基質材料９の応答時間に重要であるばかり
でなく、基質材料９の残存性を増加させる（すなわち破
壊故障を減少させる）。

基質材料９を形成するための好適方法において、各導電
粒子１１には個別に絶縁材ｔ）１５が塗布され、同様に
各半導体粒子１３にも個別に絶縁材料１５が塗布される
。（この実施例において、導電粒子１１上における酸化
層の形成は、前記塗布段階において行われるものとする
。）次に、塗布された導電粒子１１は結合材料１９と混
合され、この混合物に前記塗布された半導体粒子１３が
追加される。（使用される結合材料１９が適切な電気絶
縁物である場合、導電粒子１１はこの結合材料１９と混
合することによって塗布を行うことができる。）結合材
料１９によっては養生が必要となる。基質材料９ｉ成す
るに当たり、導電粒子１１と半導体粒子１３と３均一に
混合することが重要である９均一な混合が行われないと
、導電粒子１１または半導体粒子１３の多数の鎖が基質
材料の一方の表面から他方の表面猷で延びてし嘘い、基
質材料の特性に有害となる９代表的に、基質材料９の一
つの断面には、約２５〜５００個以上の導電粒子および
半導体粒子が基質材料９の両面の間に分離して存在する
。

基質材料９は、ＥＯ３過渡現象に対する保護を提供する
ための有用な材料として説明してきたが、この基質材料
は高出力電気回路の高速スイッチングを提供するために
応用することもできる。

本発明は図示の好適実施例を特に９照して説明してきた
が、これら開示は本発明を限定するものではない、当業
者であれば、本開示を参照することにより、多くの変更
や変形が明らかとなろう。

従って、本明ｍ書の特許請求の範囲は、かかる変更実施
例のすべてが本発明の範囲内に包含されることを意図し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく材料を概略的に示す拡大断面
図、 第２図は、第１図に示した材料の断片をさらに拡大して
示す図、 第３図は、第１図に示した材料の特定の構成における導
電材料のクランプ電圧と重足比との関係を示すグラフ、 第４図は、第１図に示した材ｒ［の他の特定の構成にお
けるオフ状態抵抗とポリマー含有ｊＬ（重量）との関係
を示すグラフ、 第５図は、電圧と、本発明の材料および従来の各種過剰
ストレス保護材料（装置）に印加される代表的な過９１
ストレスとの関係を示すグラフ、第６図は、第１図に示
した材料で構成した過剰ストレス保護装置を示す概略図
、および第７図は、第１図に示した材料内における各粒
子を横断する電圧降下を示す概略図である。 ９・・・基質材料 １１・・・導電粒子 １３・・・半導体粒子 １５・・・絶縁材料 １９・・・結合材料 ２１．２３・・・金属電極 ５１・・・導線 ５３・・・保護装置 ５７・・・外被

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ａ）導電材料で作られ大多数が約数百ミクロン以下
   の寸法を有する個別の粒子と、 ｂ）半導体材料で作られ大多数が約数百ミクロン以下の
   寸法を有する個別の粒子と、 ｃ）前記導電材料の粒子と前記半導体材料の粒子とに塗
   布され、基質材料内に前記粒子の鎖を提供し、前記鎖に
   沿って前記粒子間に平均して約数百オングストローム以
   下の間隔を提供することにより、高エネルギの電気的過
   渡現象に応じて、前記鎖中の粒子間に電子の量子力学的
   トンネルによる実質的な非線形導電を実現する絶縁材料
   と、以上ａ）、ｂ）、およびｃ）を混合して形成された
   基質材料からなる、数ナノ秒以下の高速な立上り時間を
   有する電気的過渡現象の電気的過剰ストレスに対して保
   護を提供するための非線形抵抗材料。 ２、前記粒子を全体的に均一に浮遊させるための結合材
   料をさらに含む、特許請求の範囲第１項に記載の材料。 ３、前記導電材料の粒子の寸法が約１００ミクロン以下
   である、特許請求の範囲第１項に記載の材料。 ４、前記半導体材料の粒子の寸法が約０．１〜１００ミ
   クロンの範囲である、特許請求の範囲第３項に記載の材
   料。 ５、前記範囲の下限以下の寸法を有する半導体材料の粒
   子の数は、前記範囲の上限以上の寸法を有する半導体材
   料の粒子の数よりもはるかに多い、特許請求の範囲第４
   項に記載の材料。 ６、前記導電材料の粒子がカルボニルニッケルの粒子を
   含む、特許請求の範囲第１項に記載の材料。 ７、前記導電材料が、炭化チタン、ニッケル、炭化タン
   グステン、炭化ホウ素、炭化ジルコニウム、カーボンブ
   ラック、黒鉛、銅、アルミニウム、モリブデン、銀、金
   、亜鉛、黄銅、カドミウム、青銅、鉄、錫、ベリリウム
   、鉛、ホウ化物、炭化タンタル、およびミューメタルの
   範囲の材料を含む、特許請求の範囲第１項に記載の材料
   。 ８、前記導電材料の粒子は、１センチメートル当たり約
   １０＾−＾１〜約１０＾−＾６オームの範囲の抵抗を有
   する、特許請求の範囲第５項に記載の材料。 ９、前記基質材料中における前記導電材料の粒子の量は
   、約１重量％よりも多くかつ約４５重量％よりも少ない
   、特許請求の範囲第２項に記載の材料。 １０、前記結合材料が電気絶縁材料である、特許請求の
   範囲第２項に記載の材料。 １１、前記結合材料がポリマーである、特許請求の範囲
   第１０項に記載の材料。 １２、前記結合材料の量は、前記基質材料の約１０重量
   ％よりも多い、特許請求の範囲第１０項に記載の材料。 １３、前記結合材料は、熱硬化性ポリマー、熱可塑性材
   料、ゴム、ポリマー合金、およびポリマーブレンドの範
   囲から選択される、特許請求の範囲第１０項に記載の材
   料。 １４、前記導電材料の粒子は、多数の鋭角点を有するこ
   とにより粒子間の電界を増強させる、特許請求の範囲第
   １項に記載の材料。 １５、前記絶縁材料は前記半導体材料の粒子の各々に塗
   布される、特許請求の範囲第１項に記載の材料。 １６、前記絶縁材料が燻蒸二酸化シリコンを含む、特許
   請求の範囲第１５項に記載の材料。 １７、前記燻蒸二酸化シリコンがＣａｂ−Ｏ−Ｓｉｌを
   含む、特許請求の範囲第１６項に記載の材料。 １８、前記粒子に塗布される前記絶縁材料は、燻蒸二酸
   化シリコン、カオリン、カオリナイト、三水和アルミニ
   ウム、長石、シリカの各種形態、ガラス球、炭酸カルシ
   ウム、硫化バリウム、硫化カルシウム、または油を含む
   、特許請求の範囲第１項に記載の材料。 １９、前記結合材料は、１センチメートル当たり約１０
   ＾１＾２〜約１０＾１＾５オームの範囲の抵抗を有する
   、特許請求の範囲第２項に記載の材料。 ２０、前記導電材料の粒子と前記半導体材料の粒子と前
   記絶縁材料とは、数百ボルトのクランプ電圧を提供すべ
   く選択される、特許請求の範囲第１項に記載の材料。 ２１、ａ）導電材料と半導体材料とから全般に数百ミク
   ロン以下の寸法を有する個別の粒子を作り、 ｂ）前記導電材料の粒子および前記半導体材料の粒子の
   各々に絶縁材料を塗布し、 ｃ）前記塗布された導電材料の粒子と前記塗布された半
   導体材料の粒子とを混合して、これら粒子を隣接させた
   多数の鎖からなる全般に均質な基質材料を形成し、各粒
   子は前記絶縁材料の塗布によって数百オングストローム
   以下の間隔を置かれ、各粒子間には、過渡現象による電
   気的過剰ストレスの印加に応じて、量子力学的トンネル
   による実質的な電子の移動が実現される、数ナノ秒以下
   の高速な立上り時間を有する電気的過渡現象に対して保
   護を提供するための非線形抵抗材料を形成する方法。 ２２、前記導電材料の粒子と前記半導体材料の粒子との
   混合を浮遊させるための結合材料を追加することをさら
   に含む、特許請求の範囲第２１項に記載の方法。 ２３、前記導電材料の粒子の寸法が約１００ミクロン以
   下である、特許請求の範囲第２１項に記載の方法。 ２４、前記半導体材料の粒子の寸法が約０．１〜１００
   ミクロンの範囲である、特許請求の範囲第２３項に記載
   の方法。 ２５、前記導電材料の粒子と前記半導体材料の粒子とは
   、絶縁材料によって別個に塗布されてから互いに混合さ
   れる、特許請求の範囲第２１項に記載の方法。 ２６、前記塗布された導電材料の粒子が結合材料と混合
   され、次に前記半導体材料の粒子が前記結合材料と導電
   材料の粒子との混合物に混合される、特許請求の範囲第
   ２５項に記載の方法。 ２７、前記導電材料の粒子がカルボニルニッケルを含む
   、特許請求の範囲第２１項に記載の方法。 ２８、前記導電材料が、炭化チタン、ニッケル、炭化タ
   ングステン、炭化ホウ素、炭化ジルコニウム、カーボン
   ブラック、黒鉛、銅、アルミニウム、モリブデン、銀、
   金、亜鉛、黄銅、カドミウム、青銅、鉄、錫、ベリリウ
   ム、鉛、ホウ化物、炭化タンタル、およびミューメタル
   の範囲の材料を含む、特許請求の範囲第２１項に記載の
   方法。 ２９、前記基質材料中における前記導電材料の粒子の量
   は、約１重量％よりも多くかつ約４５重量％よりも少な
   い、特許請求の範囲第２２項に記載の方法。 ３０、前記結合材料が電気絶縁材料である、特許請求の
   範囲第２２項に記載の方法。 ３１、前記結合材料がポリマーである、特許請求の範囲
   第３０項に記載の方法。 ３２、前記結合材料が前記基質材料の約１０重量％より
   も多い、特許請求の範囲第３０項に記載の方法。 ３３、前記絶縁材料が前記半導体材料の粒子の各々に塗
   布される、特許請求の範囲第２１項に記載の方法。 ３４、前記絶縁材料が燻蒸二酸化シリコンを含む、特許
   請求の範囲第３３項に記載の方法。 ３５、ａ）導電材料および半導体材料の別個の粒子を任
   意に混合してなる非線形抵抗材料である基質材料におい
   て、前記半導体材料の粒子には絶縁材料が塗布され、前
   記導電材料および半導体材料の粒子からなる鎖において
   は、前記絶縁材料によって各粒子間に十分に狭い間隔が
   置かれることにより、過渡現象による電気的過剰ストレ
   スに応じて前記粒子間に電子の量子力学的トンネルが実
   現される当該基質材料と、 ｂ）前記基質材料にアースを電気的に結合させる電極手
   段と、過渡現象による電気的過剰ストレスから保護され
   る電気手段とを備える、数ナノ秒以下の高速な立上り時
   間を有する過渡現象の電気的過剰ストレスから保護する
   ための非線形抵抗装置。 ３６、前記別個の粒子を全般に均一に浮遊させるための
   絶縁結合材料をさらに含む、特許請求の範囲第３５項に
   記載の装置。