JPS63226903A

JPS63226903A - 非線形抵抗素子

Info

Publication number: JPS63226903A
Application number: JP62060384A
Authority: JP
Inventors: 充杉野谷; 浩二岩佐
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1987-03-16
Filing date: 1987-03-16
Publication date: 1988-09-21

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〕本発明は非線形抵抗素子に関し、詳しくは良好な特性を
保ち、且つ製造工程が簡便である非線形抵抗素子の構造
に関する。

〔発明の概要〕

本発明は非線形素子を半導体もしくは導電体の粒子と有
機化合物の混合物より構成する事によって、電気抵抗の
非線形性制御が簡便にでき、しかも従来、困難であった
回路基板等への素子の一体化が容易で簡便な製造プロセ
スでできる非線形素子を提供するものである。また本発
明の素子は、製造上、高温を必要としないため用いる材
料の選択範囲が拡がり、任意の特性を得る事が容易であ
る。

〔従来の技術〕

従来、非線形抵抗素子と呼ばれるものの代表としてダイ
オードがある。これはＳｉ、Ｇｅ等の半導体結晶のｐ−
ｎ接合に起因したものである。もう一つの例としてバリ
スタと呼ばれるものがあり、ＳｉＣやＺｎＯの焼結体か
ら構成されているものがある。

第３図にＺｎＯバリスタ素子の一例の断面図を示す０図
中、３１はＺｎＯ粒子で周囲に１ｌｉｚ０３からなる粒
界層３２が存在し、非線形抵抗性を示す層を形成する。

その作製方法は、ＺｎＯ粒子とＢ１１０３粒子をを良く
混合、粉砕しスラリーとして、圧縮、成形する。その後
１１００℃〜１４００℃の高温で焼結させると、ＺｎＯ
粒子の粒界部分にＢ１２Ｏ３が偏析し、第３図のような
構造となる。この焼結体に電極３３をつけると、電極３
３の間にかける電圧によって電流が第４図に示すように
変化する非線形抵抗素子となる。このような非線形抵抗
性を示す理由として以下のような事が言われているが、
詳細は明らかではない＠　ＺｎＯはｎ型半導体で過！Ｉ
Ｉの格子間侵入型のＺｎｉを持ち、低抵抗である（１０
−’　〜１０−’Ω・ＩＩ）。

′一方、粒界に偏析しているＢｉ２Ｏ３は高抵抗であり
、ＺｎＯ粒子間で電流が流れる際の障壁となっている。

しかし高電界下ではＢｉｇ（ｈのトラップ準位を介して
電界放射型もしくは空間電荷制限型の導電機構によって
電流が流れるため、非線形性を示す。

ＺｎＯバリスタの特徴は一つの素子の中に無数のＺｎＯ
粒子を含むため、上記のような非線形抵抗性を示す接合
が無数、存在する事になり、素子特性はそれらの接合一
つ一つの平均値として現れてくる所にある。従って素子
特性は、ＺｎＯ粒径、混合比、素子厚み等の比較的制御
しやすい要因によって、かなり広い範囲でコントロール
できる。

前述のダイオードの場合は、１素子中に一つのＰ−ｎ接
合しか存在しないため、素子特性は物質により決定され
、はとんど素子特性を選択できる余地はない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したようにＺｎＯタイプのバリスタは使用電圧範囲
等の特性をかなり自由にコントロールでき、回路のサー
ジアブソーバ−等に広く用いられているが、素子の構成
が全て無機材質であるため焼結体としてしか得られず、
非線形抵抗特性を得るための粒界構造を取る材質も限ら
れてくる。実際、バリスタとして実用となっているもの
は、ＺｎＯ−ＢｉｌＱ３．５ｉＣ−粘土＋　５ｒＴｉＯ
＝　　ＮａｚＯ＋等、数えるほどしかなく、特性も焼結
という作用によって現れるため、焼結過程における材質
の変化等を正確に予測されなければ完全に特性をコント
ロールする事は難しい。しかし、焼結による変化はまだ
充分に解明されておらず、使用できる材質も限られ、ダ
イオードよりは特性をコントロールし易いとは言え充分
なものではない。

しかも、焼結は高温で行われるため、工程上、煩雑とな
り、さらに回路基板等に一体化して素子を形成しようと
する用途に対しては回路基板の耐熱性がネックとなり対
応できない、また焼結体自身も強度補強や水分侵入を防
ぐため樹脂コーティング等の処理もしなければならず工
程数が増えてしまう。

〔問題卓を解決するための手段〕

上記、問題点を解決するため本発明者らがＺｎＯバリス
タの持つ、無数の接合の平均値として特性をコントロー
ルできるという利点を生かしつつ、材質の選択範囲の狭
さ、高温プロセスの必要性、特性制御の困難性等の欠点
を克服するため、鋭意研究を続けた結果、半導体もしく
は導電体の粒子と有機化合物の混合物が良好な非線形抵
抗性を持つにもかかわらず、高温プロセスを必要としな
い簡便な製造方法でできる事を見出したものである。

（作用〕前述のＺｎＯバリスタの説明にもあったように低抵抗物
質と高抵抗物質の間の接合は非線形抵抗性を示す事が多
い、その導電機構としては、ショットキー型、プール・
フレンケル型、電界放射トンネル型、空間電荷制限型等
が知られている。無機物質より成るバリスタは焼結過程
の中で高抵抗物質のマトリクスの中に低抵抗物質の中の
粒子を閉じ込めて行くが、もし高抵抗物質のマトリクス
としてポリマーに代表される有機化合物を使用すれば、
高温焼結過程をとらなくても、溶媒に溶解させ低抵抗粒
子を分散、乾燥させるだけで上記の構造をとり得る。し
かも高温をかけないので低抵抗粒子自体も熱による変質
を受けず、粒子そのものの持つ特性を維持するため、特
性のコントロールが容易である。しかも、構造が有機−
無機の複合体構造であるため成形も、従来のようなペレ
ット状だけではなく、印刷等による膜状のものや、シー
ト状のものも得られる。また、場合によっては有機化合
物だけでは良好な非線形抵抗性を持つ接合が得られない
場合には粒子自体を核と周囲層という二層構造にして、
それぞれ低抵抗層、高抵抗層とする事により、粒子１個
に非線形抵抗性を持たせ、有機化合物マトリクスは高抵
抗層の補完とバインダーの役目とする事もできる。

本発明に用いる粒子はマトリクスを形成する有機化合物
よりも低い抵抗を有する物質を含んでいるだけで良く、
焼結体の場合に比べて制限はないが、粒子状として得ら
れやすい酸化物半導体や酸化物半導体と呼ばれるものが
適していると思われる０本発明のような有機−無機の複
合構造は最近、プラスチック磁石等にも一部見られるが
、本来、無機物単体の持つ強度的もろさを補強する意味
でも効果は大である。

〔実施例〕

以下、実施例に基づき本発明の効果を具体的に説明する
。

（実施例１）第１図に本発明による非線形抵抗素子の一例の断面図を
示す０図中、１１は半導体もしくは導電体の粒子で酸化
スズより成る。１２は有機化合物マトリクスでポリエス
テル樹脂より成り、１１と１２で非線形抵抗層を形成す
る。その作製方法はポリエステル樹脂のブチルセロソル
ブ溶液中によく粉砕した酸化スズ粒子を樹脂二粒子の重
量比を３：１になるように分散混合し、電極１３の間に
挟み、８０℃で乾燥させた。このように本実施では非常
に簡便な方法で作製されたにもかかわらず、得られた非
線形抵抗素子の特性は第２図に示すように良好な非線形
抵抗性が得られた。また、粒子の含有量。

素子の厚み１粒子径を変化させる事により非線形性はか
なり幅広くコントロールする事ができた。

（実施例２）実施例１における半導体もしくは導電体の粒子を酸化亜
鉛粒子とし以下、実施例１と同様の構成で非線形抵抗素
子を作製したところ、実施例１と同様の効果が得られた
。

（実施例３）実施例１における半導体もしくは導電体の粒子を酸化イ
ンジウム粒子の表面に酸化チタンをコーティングした粒
子とし、以下、実施例１と同様の構成で非線形抵抗素子
を作製したところ、実施例１と同様の効果が得られた。

尚、本実施例における酸化チタンコーティングはチタン
アルコキシド溶液に酸化インジウム粒子を浸漬、塗布し
た後、加水分解させ酸化チタンとした。酸化チタン層は
高抵抗層の一部の役割を担っているものと思われる。

（実施例４）実施例１における半導体もしくは導電体の粒子を炭化ケ
イ素粒子とし、有機化合物としてポリイミド樹脂を用い
、ポリイミド樹脂のＮ−メチルピロリドン溶液に炭化ケ
イ素粒子を分散混合し、電極の間に挟み１５０℃で乾燥
させ、実施例１と同様の構成で非線形抵抗素子を作製し
たところ、実施例１と同様の効果が得られた。

（実施例５）実施例１における半導体もしくは導電体の粒子を酸化ニ
ッケルに酸化リチウムを固溶させた粒子とし、以下、実
施例１と同様の構成で非線形抵抗素子を作製したところ
、実施例１と同様の効果が得られた。

（実施例６）実施例１における半導体もしくは導電体の粒子を酸化コ
バルトに酸化リチウムを固溶させた粒子とし、以下、実
施例１と同様の構成で非線形抵抗素子を作製したところ
、実施例１と同様の効果が得られた。

（実施例７）実施例１における半導体もしくは導電体の粒子を酸化鉄
粒子表面に酸化ケイ素をコーティングした粒子とし、以
下、実施例１と同様の構成で非線形抵抗素子を作製した
ところ、実施例１と同様の効果が得られた。

（実施例８）実施例１における半導体もしくは導電体の粒子を酸化ク
ロムに酸化マグネシウムを固溶媒させた粒子とし、以下
、実施例１と同様の構成で非線形抵抗素子を作製したと
ころ、実施例１と同様の効果が得られた。

（実施例９）実施例１における半導体もしくは導電体の粒子をアルミ
ニウム粒子の表面を酸化して酸化アルミニウムとした粒
子とし、以下、実施例１と同様の構成で非線形抵抗素子
を作製したところ、実施例１と同様の効果が得られた。

（実施例１０）実施例１における半導体もしくは導電体の粒子をタンタ
ル粒子の表面を酸化して酸化タンタルとした粒子とし、
以下、実施例１と同様の構成で非線形抵抗素子を作製し
たところ、実施例１と同様の効果が得られた。

（実施例１１）実施例１における半導体もしくは導電体の粒子をチタン
酸バリウムとチタン酸ストロンチウムの固溶体粒子とし
、以下、実施例１と同様の構成で非線形抵抗素子を作製
したところ、実施例１と同様の効果が得られた。

〔発明の効果〕

以上、実施例で詳細に述べたように、本発明による半導
体もしくは導電体粒子と有機化合物の複合した非線形素
子は、従来のバリスタ構造の利点である特性の制御しや
すさをさらに拡大し、材質の選択範囲も広くなるもので
ある。さらに無機材質だけを使用する際に避けられなか
った、高温での焼結工程が取り除けるため、耐熱性のな
い基板上への一体素子形成等の新しい応用分野が開ける
ものであり、工程自体も非常に簡便なものとなる。

尚、本発明に用いる半導体もしくは導電体粒子は複合さ
れる有機化合物より低い電気抵抗を有する物質が含まれ
ていればよく、場合によっては電気抵抗が低すぎオーミ
ンクな接触が心配されれば粒子表面に高抵抗なコーティ
ングをほどこしたり、異種粒子を混合してもよい、また
有機化合物も完全な絶縁性を有する必要もなく、混合す
る粒子よりも高い抵抗をもつ半導体であってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による非線形抵抗素子の一実施例の断面
図、第２図は本発明による非線形抵抗素子の電圧−電流
特性図、第３図は従来の非線形抵抗素子の一例を示す断
面図、第４図は従来の非線形抵抗素子の電圧−電流特性
図である。１１・・・・半導体もしくは導電体の粒子１２・・・・
有機化合物１３．３３・・・・電極３１・・・・ＺｎＯ粒子３２・・・・［１ｉｚＯｉ粒界層以上出願人　セイコー電子工業株式会社代理人　弁理士　最　上　　務（他１名）＜′。（２−一六第３図櫨庄

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非線形抵抗を示す物質に電極を接続して成る非線
形抵抗素子において、該非線形抵抗を示す物質が半導体
もしくは導電体の粒子と有機化合物の混合物より成る事
を特徴とする非線形抵抗素子。
（２）前記、半導体もしくは導電体の粒子が少なくとも
、酸化スズ、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜
鉛、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化マンガ
ン、酸化チタン、酸化ビスマス、酸化クロム、酸化リチ
ウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化バリウム
、酸化マグネシウム、チタン酸バリウム、チタン酸スト
ロンチウム、クロム酸ランタン、マンガン酸ランタン、
酸化ストロンチウム、酸化バナジウム、酸化ケイ素、炭
化ケイ素のうちいずれか１種以上を含む事を特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の非線形抵抗素子。
（３）前記、有機化合物の電気抵抗が、前記、半導体も
しくは導電体の粒子の電気抵抗よりも高い事を特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の非線形抵抗素子。
（４）前記、半導体もしくは導電体の粒子が核となる粒
子と周囲層の多層構造から成り、該核となる粒子と周囲
層の物質の電気抵抗がそれぞれ異なる事を特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の非線形抵抗素子。