JPH0430732B2

JPH0430732B2 -

Info

Publication number: JPH0430732B2
Application number: JP59021209A
Authority: JP
Priority date: 1984-02-07
Filing date: 1984-02-07
Publication date: 1992-05-22
Also published as: JPS60165710A

Description

【発明の詳細な説明】

発明の分野この発明は、コンデンサとバリスタの両方の機
能を備えた多機能素子の改良に関し、特に、低電
圧用に適した多機能素子に関するものである。従来技術チタン酸ストロンチウムを主体とし、Nb，
Ta、あるいは希土類などを半導体化剤として加
え、中性または還元性雰囲気中で焼成して得られ
る半導体磁器を、1000℃以上の空気中で熱処理し
て結晶粒界を高抵抗化し、しかる後電極を設けた
素子は、コンデンサ機能とバリスタ機能の両方の
機能を備えた多機能素子として知られている。第１図は、この多機能素子１の概略的な構造を
説明するための断面図である。また、第２図は、
第１図の多機能素子１の電気的等価回路を示す図
である。図において、多機能素子１は半導体磁器
の結晶粒子２の組合わせによつて構成されてい
る。結晶粒子２と２との間、すなわち結晶粒界３
は熱処理により高抵抗化されている。それゆえ、
２つの電極４，４′から見た等価回路は、第２図
に示すように、多数のバリスタ５が直並列に接続
されたものとなる。このような構造の多機能素子１は、一般に、第
３図に示すような電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を有
している。すなわち、電極４，４′間に印加する
電圧が所定の範囲６内であれば、電極４，４′間
に電流はほとんど流れず、多機能素子１はコンデ
ンサとして機能する。一方、印加電圧が所定のし
きい値電圧Vthを越えて７の範囲になると、電極
４，４′間に非直線的な電流が流れ、多機能素子
１はバリスタとして機能する。バリスタとしての
機能は、電極４，４′間の印加電圧がしきい値電
圧Vthを越えたときの電流の流れの立上がり、す
なわち非直線係数αが大きい方が好ましい。ここ
に、非直線係数αは、 α＝１／（logE₁₀／E₁）である。但し、E₁₀は電流10mAを流したときの電圧 E₁は電流1mAを流したときの電圧第４図は、多機能素子の１つの用途であるいわ
ゆるバリスタリング１０の平面図である。バリス
タリング１０は、リング状に形成された半導体磁
器１１の一方主表面上にたとえば３つの電極１
２，１３，１４が形成された構造となつている。
このバリスタリング１０は、たとえば３極のマイ
クロモータに使用され、モータの起動時には起動
用コンデンサとして利用され、モータの回転時は
火花吸収による雑音防止用のバリスタとして活用
される。そのため、バリスタリング１０は、一般
に、しきい値電圧Vthの低いものが使用される。しかしながら、従来の、バリスタリング１０に
代表されるリング状多機能素子においては、第５
図に示すように、しきい値電圧Vthを低くした場
合、その非直線係数αも低い値となつてしまい、
バリスタとして満足な特性が得られないという欠
点があつた。特に、バリスタリング１０をマイク
ロモータに使用する場合、しきい値電圧Vthを６
ボルト程度に設定しなければならないが、そうす
ると非直線係数αは３前後となつてしまい（第５
図参照）、実用上マイクロモータの火花吸収効果
が好ましくないという欠点があつた。発明の目的と構成それゆえに、この発明は、コンデンサ機能とバ
リスタ機能とを備えた多機能素子において、コン
デンサ機能とバリスタ機能との境界となるしきい
値電圧Vthを低く設定しても、非直線係数αが大
きな多機能素子を提供することを目的としてい
る。すなわち、特性の改善された低電圧用の多機
能素子を提供することを目的としている。この発明の要旨とするところは、チタン酸スト
ロンチウム等を主体とし、半導体化剤として１種
または２種以上のNb，Ta，Ｗ，SbあるいはＹ，
Laなどの希土類を含み、中性または還元性雰囲
気中で焼成された平均結晶粒子径が10〜100μの
半導体磁器の表面に、銀を主体とする電極が焼付
により形成され、該焼付電極直下の表面付近の結
晶粒界が高抵抗化された状態からなる多機能素子
である。この発明の具体的な構造につき、第６図および
第７図を参照して説明する。第６図は、この発明
に係る多機能素子２０の概略的構造を説明するた
めの断面図である。第６図に示す多機能素子２０
が、第１図に示す従来の多機能素子１と大きく異
なる点は、銀を主体とする焼付電極２１，２１′
直下の表面付近の結晶粒界２２間が高抵抗の結晶
粒界２３とされていることである。言い換えれ
ば、従来の多機能素子１（第１図）のように、熱
処理によつて磁器のすべての結晶粒界が高抵抗化
されているのではなく、選択的に必要な結晶粒界
だけが高抵抗化された状態となつていることであ
る。したがつて、半導体磁器を構成する結晶粒子
２２および電極２１，２１′直下の表面付近以外
の結晶粒界は半導体のままであるから、この等価
回路は、第７図のように表わすことができる。す
なわち、各電極２１，２１′に関連して、それぞ
れバリスタ５が設けられ、このバリスタ５が直列
に接続された状態となる。よつて、多機能素子２０によれば、形成される
バリスタの数が少なく、かつその接続も複雑では
ないので、相対的に低いしきい値電圧Vthで、か
つ、非直線係数αの大きな多機能素子とすること
ができるのである。このような構造の多機能素子２０は、次のよう
にして製造することができる。つまり、半導体磁器の表面に、銀を主体とし、
ガラスフリツトなどを含む銀ペーストを印刷し、
空気中で焼付けることにより、銀電極直下の表面
近くの結晶粒界が選択的に酸化されることにな
り、該酸化された結晶粒界が高抵抗化された状態
となるのである。上記磁器ペーストとしては、たとえば銀粉末に
対し硼珪酸鉛ガラスフリツトおよび酸化ビスマス
などの無機物を２〜20重量％加えたものが適当で
ある。また、焼付温度は、850〜900℃が好まし
い。この発明の構成においては、焼成された半導体
磁器の平均結晶粒子径は10〜100μとした。これ
は、平均結晶粒子径が10μ未満では形成される多
機能素子のしきい値電圧Vthが高くなり好ましく
ないという実験結果に基づくものである。また、
逆に平均結晶粒子径が100μを越えた場合には、
形成される多機能素子の耐パルス性が劣化するこ
とが確認された。なお、材料的な面からも半導体磁器の特性を改
善するために、上述のような構成に加え、次のよ
うな改良を施してもよい。すなわち、半導体磁器
の特性改善剤として、Mn，Fe，Ni，Co，Crの
１種または２種以上を添加してもよい。また、半導体磁器の成分として、SiO₂，
Al₂O₃，B₂O₈，GeO₂などの鉱化剤を適量加えて
もよい。そうすることにより、磁器の焼結性が向
上する。なお、第１図や第６図に示す多機能素子１，２
０、または第４図に示すリングバリスタ１０のよ
うに電極が同一平面上に形成されている場合は、
同一処理条件で製造された対向電極を有するもの
に比べ、そのしきい値電圧Vthは高くなるが、こ
の発明の構成に従う構成である限り実用上十分の
しきい値電圧Vthを得ることができる。なお、容量の大きな多機能素子を必要とする場
合は、第８図に示すように、電極２１，２１′を
対向電極とすればよい。以下、この発明の具体的実施例について説明す
る。発明の実施例実施例１ SrTiO₈：99.67重量％，Y₂O₈：0.3重量％，
SiO₂：0.03重量％からなる組成物をリング状に成
形し、1100℃で仮焼きした後、窒素：97容量％，
水素：３容量％からなる還元性雰囲気中にて1420
℃で２時間焼成してリング状の半導体磁器を得
た。得られた半導体磁器は、外径12mm，内径８mm，
肉厚0.8mmの大きさのものであつた。その半導体
磁器に、電極として、銀粉末とその銀粉末に対し
てガラスフリツトを５重量％と適量のワニスを加
えたペーストを、第４図の１２，１３，１４で示
すパターンで印刷し、860℃で焼付けた。その結
果、３つの電極間のそれぞれのＶ−Ｉ特性は、表
１のようになつた。上述の実施例と比較すべく、上述と同一の形状
および寸法のリング状磁器を焼成し、それを空気
中1000℃で熱処理して結晶粒界を高抵抗化した。
そして、その磁器に上述と全く同じ成分の銀ペー
ストを同一パターンで印刷し、800℃で焼付けた。
その結果、３つの電極間のＶ−Ｉ特性は、表２の
ようになつた。表１および表２に示す結果から明らかなよう
に、この発明の実施例によれば、非直線係数αが
大幅に改善されていることがわかる。

【表】

【表】実施例２（Sr₀.₈₀Ca₀.₂₀）TiO₅：99.67重量％，Er₂O₅：
0.3重量％，MnO₂：0.03重量％からなる組成物に
ついて、上記実施例１と同一の過程を経て、同一
の形状および寸法のリング状素子を焼成した。そして、そのリング状素子に、銀粉末と、その
銀粉末に対して酸化ビスマス８重量％と適量のワ
ニスを加えたペーストを、上述と同様第４図に示
すパターンで印刷し、880℃で焼付けた。できあ
がつた多機能素子の３つの電極間のＶ−Ｉ特性を
測定した結果、表３のような値が得られた。

【表】発明の効果以上のように、この発明によれば、コンデンサ
機能とバリスタ機能との境界電圧であるしきい値
電圧が低く、かつ、非直線係数αの比較的大きな
多機能素子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の多機能素子の概略構造を説明
するための断面図である。第２図は、第１図の多
機能素子の等価回路である。第３図は、多機能素
子の一般的な電圧−電流特性を示す図である。第
４図は、リングバリスタの平面図である。第５図
は、第４図に示すリングバリスタのしきい値電圧
Vthと非直線係数αとの関係を示す図である。第
６図は、この発明の一実施例の多機能素子の概略
構造を説明するための断面図である。第７図は、
第６図に示す多機能素子の等価回路である。第８
図は、この発明の他の実施例の概略的な構造を示
す断面図である。図において、１，２０は多機能素子、２，２２
は結晶粒子、３，２３は高抵抗化された結晶粒
界、４，４′，１２，１３，１４，２１，２１′は
焼付電極、５はバリスタ記号、１０はリングバリ
スタ、Vthはしきい値電圧、αは非直線係数を示
す。

Claims

【特許請求の範囲】１チタン酸ストロンチウムまたはチタン酸スト
ロンチウムとその同族体とを主体とし、半導体化
剤としてNb，Ta，Ｗ，SbあるいはＹ，Laなど
の希土類のうち１種または２種以上を含み、中性
または還元性雰囲気中で焼成された平均結晶粒子
径が10〜100μの半導体磁器の表面に、銀を主体
とする電極が焼付により形成され、該焼付電極直
下の表面付近の結晶粒界が高抵抗化された状態か
らなる、多機能素子。２前記銀を主体とする電極は複数個からなり、
該複数個の電極は前記半導体磁器の同一平面上に
設けられている、特許請求の範囲第１項記載の多
機能素子。