JPH01199403A - バリスタ - 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、電子回路のサージ抑制用バリスタおよび電力
分野において避雷器に用いられるバリスタに関する。

（従来の技術） バリスタは電圧−電流特性が非直線的に変化する抵抗素
子であり、従来よりＳｉＣ、ＺｎＯなどの半導体微結晶
を用いたものが知られている。

第２ａ図は、特公昭５５−３８０１に開示されているＺ
ｎＯ系バリスタの焼結粒子の配列例を模型的に示す断面
図であり、（１１）は半導体微結晶（ＺｎＯ系＞　、Ｑ
２）は境界絶縁層（Ｂｉ２０３）、［Ｆ］は電極である
。

第２ｂ図は第２ａ図の部分拡大図であり、境界絶縁層Ｏ
ｚを介して隣接する半導体微結晶０１）が示されている
。

第２ａ図において、各半導体微結晶０１）の抵抗は境界
絶縁層Ｏｚに比較して小さいので、電極ｎに電圧が印加
されると各境界絶縁層０りに電圧が印加される。

第３８図ないし第３Ｃ図に第２ｂ図中のＩ　（Ａ）−（
Ｂ）に沿う電子のポテンシャルの様子を示す。電極ｅに
電圧が印加されていない状態では第３ａ図に示されるよ
うに、半導体微結晶０１）中の伝導電子のポテンシャル
が境界絶縁層Ｏｚ中の電子のポテンシャルに比較して非
常に低く、境界絶縁層（１２１は半導体微結晶０１）中
の自由電子にとって１種の障壁となっている。

電極に電圧が印加された状態でも、電圧（ｖａｐｐ）が
小さいばあいには、第３ｂ図に示すように、前記障壁の
高さ、幅ともに依然として大きく、境界絶縁層（＋２１
の大きな抵抗により電流は制限される。

しかし、さらに大きな電圧（ｖ’ａｐｐ）が印加された
ばあいは、第３Ｃ図に見られるようにポテンシャルは大
きく傾斜するようになり、（Ａｌ側の半導体微結晶０１
）中の自由電子にとって障壁の幅は狭くなり、トンネリ
ングが可能となる。このため、抵抗が小さくなり、電流
が増大しても電圧は増大しない。

第２ａ図に示される従来のバリスタの電圧−電流特性を
第４図に曲線０Φで示す。

第４図において（Ｓ）は小電流領域、（Ｈ）は中電流領
域、（し）は大電流領域を表わす。すなわち、従来のバ
リスタにおいては、小電流領域では電流の増大にしたが
って電圧も上昇し、中電流領域では電流が増大しても電
圧はほとんど上昇せず平坦な電圧−電流特性になるとい
う良好なバリスタ特性を示すが、大電流領域では電流の
増大にともなって電圧が再び上昇する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のバリスタでは半導体微結晶の抵抗のために、前述
のとおり、第４図に示される大電流領域において、電流
の増大にともなって電圧が再び上昇するという好ましく
ない特性を有し、そのため、たとえば大電流サージに対
してサージ抑制効果に限界があるなどという欠点を有し
ている。

本発明は大電流領域でも電流の増大によって電圧が上昇
しない高性能のバリスタをうろことを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、超電導体微結晶とそのまわりをとりまく絶縁
層とからなる抵抗体を有するバリスタに関する。

〔作　用〕

本発明のバリスタは、従来の半導体微結晶にかえて超電
導体微結晶を用いているので、大電流領域においても電
流の増大によって電圧が上昇しないというすぐれた特性
を有する高性能のバリスタがえられる。

〔実施例〕

本発明に用いる超電導体微結晶としては、バリスタの製
造工程を経たのち、その使用条件下で超電導性を示す微
結晶であれば、とくに制限なく用いることができる。

そのような超電導体微結晶の具体的な例としては、’／
Ｂａ２　Ｃｕ３０７で表わされる超電導体などの超電導
体の微結晶があげられるが、これに限定されるものでは
ない。

前記超電導体微結晶は、組成、混合方法、焼成方法など
によって異なった臨界温度を有しているが、使用温度の
制約が少ない、たとえば希土類元素を含む銅酸化物系超
電導体などの室温超電導体の微結晶が好ましい。

前記室温超電導体としては、臨界温度５０℃のイツトリ
ウム（Ｙ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ　）、酸素（
０）の化合物系超電導体が工業技術院電子技術総合研究
所において開発されており（［日経マイクロデバイスＪ
　、１９８７年８月号）、また、臨界温度５２℃のユー
ロピウム（Ｅｕ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、酸
素（０）の化合物系超電導体が米国ロッキード・ミサイ
ルズ・アンド・スペース社において開発されており（日
本経済新聞、昭和６２年９月３日付朝刊）、さらに、臨
界温度６５℃のイツトリウム（Ｙ）、／＜ＩＪウム（Ｂ
ａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、銅（Ｃｕ）、酸素（０
）の化合物系超電導体が工業技術院電子技術総合研究所
において開発されており（朝日新聞、昭和６２年８月１
８日付朝刊）、また、臨界温度３５℃のイツトリウム（
Ｙ）、バリウム（Ｂａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、スト
ロンチウム（Ｓｒ）、銅（ＣＩ）、酸素（０）の化合物
系超電導体がソ連・モスクワ大学低温研究所において開
発されている（日本経済新聞、昭和６２年６月９日付朝
刊）。

前記超電導体微結晶の調製方法にもとくに制限はなく、
粉末法、アルコキシド法、共沈法などの方法を用いるこ
とができる。たとえば、前記ＹＢａ２　Ｃｕ３０７超電
導体の微結晶は、Ｙ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＣｕＯをその
配合比がモル比で１　／４／６となるように乳鉢によっ
て均質に混合し、酸素雰囲気中、約１０００℃で３時間
焼成し、要すれば、６００℃、１時間以上などの条件で
熱処理し、えられた焼結体を粉砕することによってえら
れる。

前記超電導体微結晶の粒径にもとくに制限はなく、１０
０項程度以下であれば使用しうるが、５ｎ以下のものが
好ましい。

本発明に用いる絶縁層にもとくに制限はなく、バリスタ
の境界絶縁層または粒界層として通常使用される絶縁層
であれば用いることができ、その具体例としては、Ｂｉ
２Ｏ３，５ｉ０２、Ｍ２Ｏ３などからなる絶縁層があげ
られる。

前記超電導体微結晶とそのまわりをとりまく前記絶縁層
とからなる抵抗体を有する本発明のバリスタは、たとえ
ば、超電導体微結晶に対して絶縁層を形成する材料を重
量比で０．１〜５％となるように混合し、えられた混合
物をスプレードライヤーによって造粒し、プレス後、焼
結して抵抗体に成形し、通常の方法などで電極を取付る
ことによって製造される。

本発明のバリスタを使用しうる温度、電圧、電流などの
条件は、使用する超電導体微結晶の種類、バリスタの寸
法などによっても異なるが、たとえばＹＢａｚ　Ｃｕ３
０７で表わされる超電導体を使用したばあいには温度が
１００°に以下、一般に、電流値が２０００００Ａ以下
の条件下で使用でき、通常、１ｂ時間程度の寿命を有す
る。

第１図は本発明のバリスタの微結晶の配列例を模型的に
示す断面図であり、（１）は超電導体微結晶、（２）は
絶縁層、（３）は電極を示す。

なお、絶縁層（２）および電極（３）は、第２ａ図にお
ける境界絶縁層０２］および電極口とそれぞれ実質的に
同じものである。

第１図において、絶縁層（２は、ジョセフソン効果を有
さない、充分厚いものとなっている。このため、バリス
タの抵抗値は、小電流領域では従来のバリスタと同様に
絶縁層（２）の抵抗値により決定される。また中電流領
域においては、ポテンシャルの変形により電子のトンネ
リングが生じ、従来と同様のバリスタ特性がえられる。

しかし、本発明のバリスタは前記超電導体微結晶（１）
を有しているため、大電流領域においても超電導体微結
晶の抵抗値がゼロであるのでバリスタにかかる電圧は上
昇せずに中電流領域と同様に平坦なバリスタ特性がえら
れる。

さらに超電導体微結晶として、前記室温超電導体を用い
たばあいには、室温においても同様に平坦な特性がえら
れる。

本発明のバリスタの電圧−電流特性の一例を第４図に曲
線（４）で示す。従来のバリスタ素子の特性は曲線０Φ
で表わされている。従来のバリスタでは、大電流領域に
おいて電流が増大するにつれて電圧も増大しているが、
本発明のバリスタでは、大電流領域においても電流の増
大にともなって電圧が上昇せず、すぐれたバリスタ特性
を有していることがわかる。

（発明の効果） 本発明によれば、超電導体微結晶を用いて、バリスタを
構成したので、大電流領域においても、平坦性の良い電
気特性をもつバリスタがえられる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のバリスタの微結晶の配列例を模型的に
示す断面図、第２ａ図は従来のバリスタの焼結粒子の配
列例を模型的に示す断面図、第２ｂ図は第２ａ図の部分
拡大図、第３ａ図〜第３Ｃ図は境界絶縁層近傍のポテン
シャルをその印加電圧に対して示した図、第４図は本発
明のバリスタおよび従来のバリスタの電圧−電流特性の
一例を示す図である。 （図面の主要符号） （１）：超電導体微結晶 ＋２１　：絶縁層 （３）：電　極 代　　理　　人　　　　　　大　　　岩　　　増　　　
雄第１　図 １：超電導体微結晶 ２：絶縁層 ３：電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超電導体微結晶とそのまわりをとりまく絶縁層と
   からなる抵抗体を有するバリスタ。