JPS62190812A - 電圧非直線性素子 - Google Patents
電圧非直線性素子Info
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- JPS62190812A JPS62190812A JP61034643A JP3464386A JPS62190812A JP S62190812 A JPS62190812 A JP S62190812A JP 61034643 A JP61034643 A JP 61034643A JP 3464386 A JP3464386 A JP 3464386A JP S62190812 A JPS62190812 A JP S62190812A
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- Japan
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- zno
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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。
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
本発明は印加電圧によって抵抗値が変化する電圧非直線
性素子に関するもので、電圧安定化、異常電圧制御、さ
らにはマトリックス駆動の液晶、ＫＬなどの表示デバイ
スのスイッチング素子などに利用されるものである。
性素子に関するもので、電圧安定化、異常電圧制御、さ
らにはマトリックス駆動の液晶、ＫＬなどの表示デバイ
スのスイッチング素子などに利用されるものである。
従来の技術
従来の電圧非直線性素子は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）ニ酸化
ヒスマス（Ｂｉ２０３）、酸化コノクルト（Ｃｏ２０５
）、酸化マンガン（ＭｎＯ２） 、酸化アンチモン（Ｓ
ｂ２０ｓ）などの酸化物を添加して、１ｏＱＯ〜１３６
０’Ｃで焼結したＺｎＯバリスタなど、種々のものがあ
る。その中で、ＺｎＯバリスタは電圧非直線指数α、サ
ージ耐量が大きいことから、最も一般的に使われている
。（特公昭４６−１９４７２号公報参照） 発明が解決しようとする問題点 このような従来の電圧非直線性素子は、ＺｎＯバリスタ
を初めとして、素子厚みを薄く（数十μｍ以下）するこ
とに限界があるため、バリスタ電圧（バリスタに電流１
！ＩＩＡを流した時の電圧ＶｊｍＡで表される）を低く
することに限界があり、低電圧用ＩＣの保護素子や低い
電圧における電圧安定化素子として使えないものであっ
た。また、上述したように１０００°Ｃ以上の高温プロ
セスを必要とするため、ガラス基板上あるいは回路基板
上に電圧非直線性素子を直接形成できないという問題が
あった。さらに、従来のものは並列静電容量が大きく、
例えば液晶などのスイッチング素子としては不適当なも
のであるなどの問題点を有していた０ 問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、ＭｎＯ２を主成
分とする薄い絶縁被膜を施した微粉末状の半導体物質を
絶縁性の結合剤で固め、電極を備えてなるものである。
ヒスマス（Ｂｉ２０３）、酸化コノクルト（Ｃｏ２０５
）、酸化マンガン（ＭｎＯ２） 、酸化アンチモン（Ｓ
ｂ２０ｓ）などの酸化物を添加して、１ｏＱＯ〜１３６
０’Ｃで焼結したＺｎＯバリスタなど、種々のものがあ
る。その中で、ＺｎＯバリスタは電圧非直線指数α、サ
ージ耐量が大きいことから、最も一般的に使われている
。（特公昭４６−１９４７２号公報参照） 発明が解決しようとする問題点 このような従来の電圧非直線性素子は、ＺｎＯバリスタ
を初めとして、素子厚みを薄く（数十μｍ以下）するこ
とに限界があるため、バリスタ電圧（バリスタに電流１
！ＩＩＡを流した時の電圧ＶｊｍＡで表される）を低く
することに限界があり、低電圧用ＩＣの保護素子や低い
電圧における電圧安定化素子として使えないものであっ
た。また、上述したように１０００°Ｃ以上の高温プロ
セスを必要とするため、ガラス基板上あるいは回路基板
上に電圧非直線性素子を直接形成できないという問題が
あった。さらに、従来のものは並列静電容量が大きく、
例えば液晶などのスイッチング素子としては不適当なも
のであるなどの問題点を有していた０ 問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、ＭｎＯ２を主成
分とする薄い絶縁被膜を施した微粉末状の半導体物質を
絶縁性の結合剤で固め、電極を備えてなるものである。
作用
この構成によれば、低電流域においても電圧非直線指数
αの大きなものが得られ、かつ電極間距離を狭く（数十
μｍ以下）して素子を形成することができ、低電圧化に
適した素子がきわめて容易に得られることとなる。また
、結合剤で固めて素子形成を行う際に高温プロセスを必
要とすることなく作ることができるため、回路基板上に
素子を直接形成することができ、ＺｎＯバリスタなどで
は考えられない幅広い用途が期待できるものである。さ
らに、微粉末状の半導体物質を固めたものでおるため、
それぞれの半導体物質の微粉末間は点接触となり、接触
面積が小さいことから並列静電容量の小さなものが得ら
れ、液晶などのデバイスのスイッチング素子として最適
な素子が提供できることとなる。
αの大きなものが得られ、かつ電極間距離を狭く（数十
μｍ以下）して素子を形成することができ、低電圧化に
適した素子がきわめて容易に得られることとなる。また
、結合剤で固めて素子形成を行う際に高温プロセスを必
要とすることなく作ることができるため、回路基板上に
素子を直接形成することができ、ＺｎＯバリスタなどで
は考えられない幅広い用途が期待できるものである。さ
らに、微粉末状の半導体物質を固めたものでおるため、
それぞれの半導体物質の微粉末間は点接触となり、接触
面積が小さいことから並列静電容量の小さなものが得ら
れ、液晶などのデバイスのスイッチング素子として最適
な素子が提供できることとなる。
実施例
以下、本発明を実施例にもとづいて詳細に説明する。
まず、粒子径が０．０６〜１μｍの微粒子状の酸化亜鉛
を７００〜１３００’Ｃで焼成した後、その焼結された
ＺｎＯを０．５〜６０μｍの粒子径（平均粒子径１〜１
０μｍ）に粉砕し、そのＺｎＯ微粉末に酸化マンガン’
ｉｏ、０５〜１０ｍｏ１％添加し、６ｏＯ〜１３５０℃
で１０〜６０分間、熱処理し、そのＺｎＯ微粉末表面に
酸化マンガンの絶縁被膜を形成した。ここで、微粉末状
のＺｎＯの表面にはＭｎＯ２絶縁被膜がほぼ数十〜数百
人の厚さで薄く形成されていることが認められた。次い
で、このようにして作成し７２Ｍｎ０２絶縁被膜が表面
についたＺｎＯ微粉末群は弱い力で互いに接着している
ので、これを乳鉢あるいはボヮトミルでほぐし微粉末状
とした。次Ｋ、上記のようにして得られたＭｎＯ２絶縁
被膜が表面に形成された微粉末状のＺｎＯに、微粉末間
の結合を図る絶縁性の結合剤、（バインダー）としてポ
リイミド樹脂を添加し、混合した。ここで、結合剤とし
てはポリイミド樹脂の固形分が溶剤（例えばｎ−メチル
−２−ピロリドン）に対して５ ｗｔ ％となるように
薄めたものとし、それｆ ＺｎＯ微粉末と例えば等重
量で混合し、ペイント状とし念。次いで、上記のように
して得られたペイントを第２図に示すようにＩ’ｒＯ（
インジウム・スズ酸化物）電極１の設けられたガラス基
板ａ上に例えばスクリーン印刷で塗布し、その上に同じ
（ＩＴＯ電極２の設けられたガラス基板４を載置し、２
８０〜４ｏｏ″Ｃで３０分間、大気中で硬化させ、電極
１．２間に電圧非直線性素子５を設けた。第１図は、電
圧非直線性素子６の拡大断面図であり、６はＺｎＯ微粉
末、７はＺｎＯ微粉末６の表面に施されたＭｎＯ２絶縁
被膜、８はそれらＺｎＯ微粉末６間を機械的に結合して
いる絶縁性の結合剤であシ、この結合剤８でもってＺｎ
Ｏ微粉末６０間は互いに固められている。
を７００〜１３００’Ｃで焼成した後、その焼結された
ＺｎＯを０．５〜６０μｍの粒子径（平均粒子径１〜１
０μｍ）に粉砕し、そのＺｎＯ微粉末に酸化マンガン’
ｉｏ、０５〜１０ｍｏ１％添加し、６ｏＯ〜１３５０℃
で１０〜６０分間、熱処理し、そのＺｎＯ微粉末表面に
酸化マンガンの絶縁被膜を形成した。ここで、微粉末状
のＺｎＯの表面にはＭｎＯ２絶縁被膜がほぼ数十〜数百
人の厚さで薄く形成されていることが認められた。次い
で、このようにして作成し７２Ｍｎ０２絶縁被膜が表面
についたＺｎＯ微粉末群は弱い力で互いに接着している
ので、これを乳鉢あるいはボヮトミルでほぐし微粉末状
とした。次Ｋ、上記のようにして得られたＭｎＯ２絶縁
被膜が表面に形成された微粉末状のＺｎＯに、微粉末間
の結合を図る絶縁性の結合剤、（バインダー）としてポ
リイミド樹脂を添加し、混合した。ここで、結合剤とし
てはポリイミド樹脂の固形分が溶剤（例えばｎ−メチル
−２−ピロリドン）に対して５ ｗｔ ％となるように
薄めたものとし、それｆ ＺｎＯ微粉末と例えば等重
量で混合し、ペイント状とし念。次いで、上記のように
して得られたペイントを第２図に示すようにＩ’ｒＯ（
インジウム・スズ酸化物）電極１の設けられたガラス基
板ａ上に例えばスクリーン印刷で塗布し、その上に同じ
（ＩＴＯ電極２の設けられたガラス基板４を載置し、２
８０〜４ｏｏ″Ｃで３０分間、大気中で硬化させ、電極
１．２間に電圧非直線性素子５を設けた。第１図は、電
圧非直線性素子６の拡大断面図であり、６はＺｎＯ微粉
末、７はＺｎＯ微粉末６の表面に施されたＭｎＯ２絶縁
被膜、８はそれらＺｎＯ微粉末６間を機械的に結合して
いる絶縁性の結合剤であシ、この結合剤８でもってＺｎ
Ｏ微粉末６０間は互いに固められている。
第３図はＩＴＯ電極１１Ｌ、１ｂが設けられたガラス基
板３１Ｌ上に電圧非直線性素子６を構成した場合を示し
ている。
板３１Ｌ上に電圧非直線性素子６を構成した場合を示し
ている。
次に、上記のようにして作成された電圧非直線性素子の
電圧−電流特性について説明する。まず、第４図は第２
図の構成における電圧−電流特性を従来のＺｎＯバリス
タのそれと比較して示している。本発明の素子は、まず
酸化亜鉛をＴｏｏｏＣで焼成し、これにＭｎＯ２を０．
５ ｍｏ１％添加したものを９００°Ｃ１６０分間熱処
理した後、この平均粒子径５〜１０μｍのＺｎＯ微粉末
と結合剤とを等重量で混合したものにおいて、素子面積
を１−９電極間距離を３０μｍとした場合における特性
を示している。さて、電圧非直線性素子の電圧−電流特
性は、よく知られているように近似的に次式１式％ ここで、工は素子に流れる電流、■は素子の電極間の電
圧、Ｘは固有抵抗の抵抗値に相当する定数、αは上述し
た電圧非直線特性の指数を示しており、この電圧非直線
指数αは大きい程、電圧非直線性が優れていることにな
る。
電圧−電流特性について説明する。まず、第４図は第２
図の構成における電圧−電流特性を従来のＺｎＯバリス
タのそれと比較して示している。本発明の素子は、まず
酸化亜鉛をＴｏｏｏＣで焼成し、これにＭｎＯ２を０．
５ ｍｏ１％添加したものを９００°Ｃ１６０分間熱処
理した後、この平均粒子径５〜１０μｍのＺｎＯ微粉末
と結合剤とを等重量で混合したものにおいて、素子面積
を１−９電極間距離を３０μｍとした場合における特性
を示している。さて、電圧非直線性素子の電圧−電流特
性は、よく知られているように近似的に次式１式％ ここで、工は素子に流れる電流、■は素子の電極間の電
圧、Ｘは固有抵抗の抵抗値に相当する定数、αは上述し
た電圧非直線特性の指数を示しており、この電圧非直線
指数αは大きい程、電圧非直線性が優れていることにな
る。
第４図の特性に示されるように、特性Ｂで示される従来
のＺｎＯバリスタは低電流域において電圧非直線指数α
が小さく、１Ｏ−４Ａ以下の電流では良好な電圧非直線
性素子としての機能を発揮し得ない。一方、特性Ａで示
される本発明の素子では低電流域においても電圧非直線
指数αが大きく、１０−１０ ム程度の電流域でも十分
に電圧非直線性素子としての機能を発揮することができ
ることを示している。また、通常、ＺｎＯバリスタにお
いてはバリスタ特性を表わすのに、例えば素子に１ｍム
の電流を流し友時の電極間に現れる電圧をバリスタ電圧
Ｖ１ｍＡと呼び、このバリスタ電圧Ｖ＋ｍＡと上記電圧
非直線指数αとを使用している。本発明の素子では、上
述し念ように、低電流域においても電圧非直線指数αが
大きく、バリスタ電圧を第４図に示すように例えばｖ１
μＡで表わすことができる。
のＺｎＯバリスタは低電流域において電圧非直線指数α
が小さく、１Ｏ−４Ａ以下の電流では良好な電圧非直線
性素子としての機能を発揮し得ない。一方、特性Ａで示
される本発明の素子では低電流域においても電圧非直線
指数αが大きく、１０−１０ ム程度の電流域でも十分
に電圧非直線性素子としての機能を発揮することができ
ることを示している。また、通常、ＺｎＯバリスタにお
いてはバリスタ特性を表わすのに、例えば素子に１ｍム
の電流を流し友時の電極間に現れる電圧をバリスタ電圧
Ｖ１ｍＡと呼び、このバリスタ電圧Ｖ＋ｍＡと上記電圧
非直線指数αとを使用している。本発明の素子では、上
述し念ように、低電流域においても電圧非直線指数αが
大きく、バリスタ電圧を第４図に示すように例えばｖ１
μＡで表わすことができる。
このように本発明において、バリスタ電圧を低いものと
することができるのは、電極間距離を狭くして素子を形
成することができるためである。
することができるのは、電極間距離を狭くして素子を形
成することができるためである。
また、本発明素子において低電流域でも電圧非直線指数
αが大きい理由は、現在のところ理由は明確とはなって
いないが、微粉末状の半導体物質（ＺｎＯ）を絶縁性の
結合剤でもって固めたものであるため、それぞれの半導
体物質の間は点接触となり、接触面積が小さいこと、ま
た結合剤が絶縁性のため、漏れ電流が小さくなっている
ことによるものと考えられる。
αが大きい理由は、現在のところ理由は明確とはなって
いないが、微粉末状の半導体物質（ＺｎＯ）を絶縁性の
結合剤でもって固めたものであるため、それぞれの半導
体物質の間は点接触となり、接触面積が小さいこと、ま
た結合剤が絶縁性のため、漏れ電流が小さくなっている
ことによるものと考えられる。
ここで、第４図の特性は上述しｔように電極間距離を３
０μｍとした素子についてのものであるが、これはＺｎ
Ｏ微粉末の平均粒子径が５〜１０μｍという比較的大き
な粒子径のためにこれ以上狭くすることができないから
である。すなわち、ＺｎＯ微粉末の平均粒子径が０．３
〜３μｍのものを使えば、電極間距離が１０μｍ程度も
しくはそれ以下の素子を作成することができるのであり
、その場合においても第４図に示すような良好な特性が
得られることを本発明者らは実験により確認した。
０μｍとした素子についてのものであるが、これはＺｎ
Ｏ微粉末の平均粒子径が５〜１０μｍという比較的大き
な粒子径のためにこれ以上狭くすることができないから
である。すなわち、ＺｎＯ微粉末の平均粒子径が０．３
〜３μｍのものを使えば、電極間距離が１０μｍ程度も
しくはそれ以下の素子を作成することができるのであり
、その場合においても第４図に示すような良好な特性が
得られることを本発明者らは実験により確認した。
第６図は本発明において、酸化マンガンの添加量を変え
た場合のバリスタ電圧ｖ１μＡ１電圧非直線指数αおよ
び並列静電容量Ｃの変化する様子を示している。ここで
、酸化亜鉛の焼成温度など、その他の条件は第゛４図の
場合の条件と同一とした。
た場合のバリスタ電圧ｖ１μＡ１電圧非直線指数αおよ
び並列静電容量Ｃの変化する様子を示している。ここで
、酸化亜鉛の焼成温度など、その他の条件は第゛４図の
場合の条件と同一とした。
第６図に示されるように、本発明素子においては並列静
電容量が従来のＺｎＯバリスタが１ｏＯ０〜２００００
ＰＦであるのに対して非常に小さいものとなっている。
電容量が従来のＺｎＯバリスタが１ｏＯ０〜２００００
ＰＦであるのに対して非常に小さいものとなっている。
この並列静電容量が本発明素子において小さい理由は、
上述したように半導体物質間の接触面積が小さいことに
よるものである。
上述したように半導体物質間の接触面積が小さいことに
よるものである。
なお、上記の実施例においては、半導体物質としては、
ＺｎＯｆ、例にとり説明したが、それ以外の半導体物質
であっても差支えないことはもちろんである。また、同
様に絶縁被膜を構成する材料としては、ＭｎＯ２単独に
限られることはなく、Ｍ ｎ Ｏ２を主成分として、ム
ｌ、τｉ、Ｓｒ、Ｍｇ。
ＺｎＯｆ、例にとり説明したが、それ以外の半導体物質
であっても差支えないことはもちろんである。また、同
様に絶縁被膜を構成する材料としては、ＭｎＯ２単独に
限られることはなく、Ｍ ｎ Ｏ２を主成分として、ム
ｌ、τｉ、Ｓｒ、Ｍｇ。
Ｎｉ、Ｏｒ、Ｓｉなどの金属酸化物まｔはこれら金属の
有機金属化合物を単独ｔｘは組合せて使用することがで
きるものである。
有機金属化合物を単独ｔｘは組合せて使用することがで
きるものである。
さらに、微粉末状の半導体物質を固める絶縁性の結合剤
としては、ポリイミド樹脂の他にも種々考えられること
はもちろんであり、熱硬化性樹脂。
としては、ポリイミド樹脂の他にも種々考えられること
はもちろんであり、熱硬化性樹脂。
たとえばフェノール樹脂、フラン樹脂、エリア樹脂、メ
ラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレ
ート樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ケイ素樹
脂などでも良いものである。
ラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレ
ート樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ケイ素樹
脂などでも良いものである。
発明の効果
以上の説明より明らかなように本発明の電圧非直線性素
子は、低電流域における電圧非直線指数αが大きく、ま
比並列静電容量の小さな素子が得られることから、消費
電流の小さい液晶、ＥＬなどのデバイスのスイ・ンテン
グ素子として最適な素子を提供できるものである。また
、電極間距離を狭くして素子を形成することができるた
め、バリスタ電圧の低いものが得られ、上記電圧非直線
指数αが大きいことと相まって従来のＺｎＯバリスタで
は対応することのできなかった低電圧用ＩＣの保護素子
や低い電圧における電圧安定化素子として使用すること
ができる。さらに、結合剤で固めて素子形成を行う際に
高温プロセスを必要とすることなく簡単にして作ること
ができるため、回路基板上やガラス基板上に素子を直接
形成することができるものである。このように穏々の特
徴を有する本発明の電圧非直線性素子は、今までのＺｎ
Ｏバリスタなどでは考えられない幅広い用途が期待でき
るものであり、その産業性は犬なるものである。
子は、低電流域における電圧非直線指数αが大きく、ま
比並列静電容量の小さな素子が得られることから、消費
電流の小さい液晶、ＥＬなどのデバイスのスイ・ンテン
グ素子として最適な素子を提供できるものである。また
、電極間距離を狭くして素子を形成することができるた
め、バリスタ電圧の低いものが得られ、上記電圧非直線
指数αが大きいことと相まって従来のＺｎＯバリスタで
は対応することのできなかった低電圧用ＩＣの保護素子
や低い電圧における電圧安定化素子として使用すること
ができる。さらに、結合剤で固めて素子形成を行う際に
高温プロセスを必要とすることなく簡単にして作ること
ができるため、回路基板上やガラス基板上に素子を直接
形成することができるものである。このように穏々の特
徴を有する本発明の電圧非直線性素子は、今までのＺｎ
Ｏバリスタなどでは考えられない幅広い用途が期待でき
るものであり、その産業性は犬なるものである。
第１図は本発明に係わる電圧非直線性素子の一実施例を
示す拡大断面図、第２図および第３図はそれぞれ本発明
の素子をガラス基板上に設けた実施例を示す断面図、第
４図は本発明素子と従来のＺｎＯバリスタの電圧−電流
時ａを示す図、第６図は本発明素子においてＭｎＯ２の
添加量を変えた場合の電圧非直線指数α、バリスタ電圧
ｖ１μ人および並列静電容量Ｃの変化する様子を示す図
である。 １ 、１ ＆ 、 １ ｂ 、 ２・−・・−ＩＴＯ電
極、３ 、３１Ｌ。 ４・・・・・・ガラス基板、６・・・・・・電圧非直線
性素子、６・・・・・・ＺｎＯ微粉末、７・・・・・・
ＭｎＯ２絶縁被膜、８・・・・・・結合剤。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 第４図 一力 電圧（Ｖ）
示す拡大断面図、第２図および第３図はそれぞれ本発明
の素子をガラス基板上に設けた実施例を示す断面図、第
４図は本発明素子と従来のＺｎＯバリスタの電圧−電流
時ａを示す図、第６図は本発明素子においてＭｎＯ２の
添加量を変えた場合の電圧非直線指数α、バリスタ電圧
ｖ１μ人および並列静電容量Ｃの変化する様子を示す図
である。 １ 、１ ＆ 、 １ ｂ 、 ２・−・・−ＩＴＯ電
極、３ 、３１Ｌ。 ４・・・・・・ガラス基板、６・・・・・・電圧非直線
性素子、６・・・・・・ＺｎＯ微粉末、７・・・・・・
ＭｎＯ２絶縁被膜、８・・・・・・結合剤。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 第４図 一力 電圧（Ｖ）
Claims (1)
- ＭｎＯ＿２を主成分とする薄い絶縁被膜を施した微粉
末状の半導体物質を絶縁性の結合剤で固め、電極を備え
てなることを特徴とする電圧非直線性素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61034643A JPS62190812A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-18 | 電圧非直線性素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61034643A JPS62190812A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-18 | 電圧非直線性素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62190812A true JPS62190812A (ja) | 1987-08-21 |
Family
ID=12420114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61034643A Pending JPS62190812A (ja) | 1986-02-18 | 1986-02-18 | 電圧非直線性素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62190812A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5083790A (ja) * | 1973-11-28 | 1975-07-07 | ||
| JPS5344899A (en) * | 1976-09-13 | 1978-04-22 | Gen Electric | Metal oxide varistor and method of manufacture thereof |
-
1986
- 1986-02-18 JP JP61034643A patent/JPS62190812A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5083790A (ja) * | 1973-11-28 | 1975-07-07 | ||
| JPS5344899A (en) * | 1976-09-13 | 1978-04-22 | Gen Electric | Metal oxide varistor and method of manufacture thereof |
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