JPS63296302A - サ−ミスタ用酸化物半導体 - 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、高応答性の温度センサとして利用できるとこ
ろの負の抵抗温度係数を有するサーミスタ用酸化物半導
体に関するものである。

従来の技術 従来、汎用ディスク型サーミスタとしては、Ｍｎ−Ｃｏ
−Ｎｉ−Ｃｕ酸化物系サーミスタ材料でちって、しかも
その結晶構造がスピネル構造をとるものが主に用いられ
てきた。サーミスタ材料の電気的特性としては、一般的
に、比抵抗およびサーミスタ定数Ｂで示される。サーミ
スタ定数（以下Ｂ定数と記す）は抵抗の温度勾配を表す
もので、具体的にはサーミスタ材料のバンドギャップに
相当する活性化エネルギーにより決定される。従ってＢ
定数が大きい程、温度に対する抵抗値変化が大きく、す
なわち応答性が良くなる。また、比抵抗とＢ定数には図
に示すように相関性があり、現在の汎用サーミスタ材料
は図中２で囲んだ領域、つまり比抵抗が数１０〜数１０
０にΩ・α、Ｂ定数２６００〜５ｏｏｏｘのものが用い
られている。

また、酸化コバルトとリチウムを組合わせた酸化物半導
体としては、一般的に酸化物半導体材料の導電機構の１
つとして説明される原子価制御理論の実例で、古（Ｉｃ
ＲＷＫＹらにより取り上げられている。（Ｐｈｉｌｉｐ
ｓ　Ｒｅ５ｅｒｃｈ　Ｒｅｐｏｒｔ　５１７３しかしな
がら、ＶＥＲＷＩＣＹらの検討はあくまでも学究的な段
階で終っており、サーミスタとじての用途開発以前のも
のであって、サーミスタ材料としての検討は二本入夫に
よって記憶されたもの（■日立製作所、中央研究所創立
二十周年記念論文集、Ｐ３０〜４６、昭和３７年）があ
るだけである。この二本の検討結果によれば比抵抗およ
びＢ定数とも低く、サーミスタとして適するものではな
く、これに準するものと記載されている。

発明が解決しようとする問題点 従来より、自動車の水温計用あるいはアイロンの温度セ
ンサ用などとして、応答性を良くすることを目的にしだ
比抵抗が低く、Ｂ定数の高いサーミスタ材料が要望され
てきだが、上記図の汎用サーミスタ材料ではこの要望を
満足することができなかった。

本発明は、この要望を満足できるサーミスタ材料、すな
わちサーミスタ用酸化物半導体を提供することを目的と
するものである。

問題点を解決するだめの手段 上記要望を達成するために、本発明は前述のＣｊｏ　−
Ｌｉ　　系酸化物半導体を見直し、改良を加えることに
よって解決できたものである。本発明のサーミスタ用酸
化物半導体は、金属酸化物の焼結混合体よりなり、その
金属元素としてコバルト（Ｇｏ）６９．Ｃ）〜９５．Ｏ
原子％、銅（Ｃｕ）０．４〜５．０原子％、リチウム（
Ｌｉ）２．５〜２２．０原子％、ニッケル（Ｎｉ　）　
０．５〜５．５原子チおよびケイ素（Ｓｉン０．ｏ〜２
．５原子チ（但しｏ、ｏ原子チは除く）の５種を合計１
ｏＯ原子チ含有してなるものである。

作用 この構成により、図の実線で囲まれた領域１の比抵抗が
低くＢ定数の高いサーミスタ用酸化物半導体を得ること
となる。ここで、この半導体は酸化コバル）　（Ｃｏｏ
）が基本組成であって、四酸化二コバルト（ＣＯ３Ｏ４
）が生成される場合には、ホッピング伝導の寄与により
、高Ｂ定数を達成することができない。

実施例 以下、本発明の実施例について説明する。

市販の原料酸化コバルト、酸化銅、酸化リチウム、酸化
ニッケルおよび二酸化ケイ素を後述する表に示すように
それぞれの原子チの組成になるように配合した。サーミ
スタ製造工程を例示すると、これらの配合組成物をボー
ルミルで湿式混合し、そのスラリーを乾燥後８００″Ｃ
の温度で仮焼し、その仮焼物を再びボールミルで湿式粉
砕混合を行った。こうして得られたスラリーを乾燥し、
ポリビニルアルコールをバインダーとして添加混合し、
所要量採って円板状に加圧成形し成形品を多数作り、こ
れらを窒素ガスフロー中１２００’Ｃ〜１３ｏＯ°Ｃで
２時間焼成した。こうして得られだ円板状焼結体の両面
にＡｇを主成分とする電極を設けた。これらの試料につ
いて２６°Ｃおよび５０’Ｃでの抵抗値（それぞれのＲ
２５およびＲｓｏ　）を測定し、２５°Ｃでの比抵抗ρ
２５を下記（１）式より、またＢ定数を下記（２）式よ
り算出しだ。

ρ２５＝Ｒ２５×−・・・・・・・・・・・・・・・・
・　（１）（Ｓ−電極面積、ｄ−電極間距離） ・・・・・・・・・・・・・・（２） これらの結果を下表にまとめて示す。

（以下余白） （−中に軒ａに戦用てりす、不兇男の謂累外でろる０ノ
上述したように図中実線で囲んだ領域１が本発明の目的
とする低比抵抗、高Ｂ定数の領域である。

この領域は、センサとして高応答性を達成するために機
器側から要望された電気特性をサーミスタ材料の特性（
比抵抗およびＢ定数）として置き換えたものである。

前夫において、試料番号１．６，６，８，９゜１２．１
３，１５，１５．１７は、この実線で囲んだ領域１に含
まれない。つまり機器メーカの要望を満足しないという
点から、本発明の範囲外とした。

今回の試料は、乾式成形後焼成したものを用いたが、ピ
ードタイプの素子でもよく、素子製造方法に何ら拘束さ
れるものではない。また、混合・粉砕にはジルコニア玉
石を用いた。

発明の効果 以上のように本発明によれば、コバルト、銅。

リチウム、ニッケルにさらにケイ素を加えることにより
、３成分系材料よりさらに低比抵抗、高Ｂ定数化を狙っ
たものである。また、ケイ素はりチウムとガラス化しや
すいため、コバルトに固溶するリチウム量を補う必要が
ある。そして、ケイ素添加による効果として若干のＢ定
数アップが見られるが、ガラス相の寄与があるかどうか
は不明である。

以上述べたように本発明は、低比抵抗、高Ｂ定数を有す
る負の抵抗温度係数を有するサーミスタ用酸化物半導体
を提供するものであるが、センサとして温度に対して高
応答性が図れること、またこれにより節電できることに
なる。また、従来にない低比抵抗、高Ｂ定数のサーミス
タ材料であることから、センサとして全く新しい用途が
展開されることが期待できるものである。

【図面の簡単な説明】

図は負の抵抗温度係数を持つサーミスタ材料の特性相関
を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　金属酸化物の焼結混合体からなり、その構成金属元素
   として、コバルト６９．０〜９６．０原子％、銅０．４
   〜５．０原子％、リチウム２．５〜２２．０原子％、ニ
   ッケル０．５〜５．５原子％およびケイ素０．０〜２．
   ０原子％（但し０．０原子％は除く）の５種を合計１０
   ０原子％含有することを特徴とするサーミスタ用酸化物
   半導体。