JPS6236607B2 - - Google Patents

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JPS6236607B2
JPS6236607B2 JP55147246A JP14724680A JPS6236607B2 JP S6236607 B2 JPS6236607 B2 JP S6236607B2 JP 55147246 A JP55147246 A JP 55147246A JP 14724680 A JP14724680 A JP 14724680A JP S6236607 B2 JPS6236607 B2 JP S6236607B2
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JP
Japan
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zno
voltage
layer
substrate
rare earth
Prior art date
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Expired
Application number
JP55147246A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5771104A (en
Inventor
Kazuo Eda
Michio Matsuoka
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPS6236607B2 publication Critical patent/JPS6236607B2/ja
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、電圧−電流特性が非対称で、サージ
に対して安定な電圧非直線抵抗器に関するもので
ある。 従来、非対称な電圧−電流特性を示す電圧非直
線抵抗器として、ツエナーダイオードおよびZnO
焼結体の片面に非オーム性電極、もう一方の面に
オーム性電極を設けた、表面障壁型ZnOバリスタ
が知られている。 ツエナーダイオードは、、シリコン単結晶PN接
合の逆バイアス時のトンネル効果、もしくはアバ
ランシエ効果を利用したものである。ツエナーダ
イオードは優れた電圧非直線性を示すが、サージ
(異常過電圧)に弱い。これは均一で大きな面積
のPN接合を作ることが技術的に困難であるため
である。 表面障壁型ZnOバリスタは、ZnO焼結体もしく
は、特性を改善するために加えられた適当な添加
物を含むZnO焼結体の一方に、Bi2O3、Co2O3
ど適当な添加物を含んだ銀ペーストを塗布し、
700〜800℃で焼付けて非オーム性電極とし、他方
にアルミニウムの溶射電極などのオーム性電極を
設けたものである。このようにして得られた表面
障壁型ZnOバリスタは、4〜8V付近で急激に電
流の流れ出す電圧非直線性を示す。これは一方の
面に設けられた、Bi2O3、Co2O3など適当な添加
物を含む銀電極とZnO焼結体もしくは適当な添加
物を含むZnO焼結体の界面に形成された表面障壁
に起因する。しかし、このようにして得られた表
面障壁型ZnOバリスタは、やはりサージに対して
弱く、また電圧非直線指数αも小さい(電圧非直
線指数αは、I=(V/C)〓:Iは電流、Vは電
圧、Cは定数、で定義される)。これは、銀をペ
ースト状にして塗布した後、700〜800℃で焼付け
るため、相当量の銀および添加物がZnO焼結体内
部に拡散し、電極部分からZnO焼結体内部へ向つ
て緩かに減少する不純物分布が形成され、そのた
め明確な表面障壁が形成されないこと、ZnO焼結
体における粒界部分の拡散速度がZnO粒子内部の
拡散速度よりもはるかに大きいため、粒界にそつ
て一部不純物が焼結体内部へ拡散しやすいこと、
また銀をペースト状にして塗布するためその厚み
にむらが生じ、それによつて不純物のZnO焼結体
内部への拡散量が場所によつて違つてくるなどに
よる。 近年、電気機器や電子機器において半導体化が
進み、特に低圧回路ではほとんど半導体化されて
いる。しかし、これら半導体素子はよく知られて
いるようにサージに対して弱い。そこで、特にサ
ージの危険にさらされ易い機器、たとえば雷サー
ジの入りやすい各種信号制御回路、スイツチング
サージの生ずるプリンタ回路、自動車の各種制御
回路などではサージ対策が必要となる。この中で
直線回路で使用するものについては、抵抗−電流
特性が非対称でサージに強い電圧非直線抵抗器が
望まれている。 本発明は、かかる状況に鑑みなされたもので、
電圧−電流特性が非対称でサージに強い電圧非直
線抵抗器を提供するものである。 第1図は本発明にかかる電圧非直線抵抗器の基
本的な構造を示したものである。図において、1
はZnO層、2は希土類酸化物層(または適当な添
加物を含む希土類酸化物層)、3,4はオーム性
電極である。 このような構成とすることにより、ZnO層1と
希土類酸化物層2の界面に沿つてZnO層1側にシ
ヨツトキーバリヤ5が形成されるため、電極3を
陽極として電圧を加えた場合には容易に電流が流
れ、反対に電極4を陽極として電圧を加えた場合
には、シヨツトキーバリヤ5が逆バイアスされる
ため、ある一定電圧までは電流が流れず、その電
圧以上で急激に電流の流れ出す非対称な電圧非直
線性を示す素子が得られる。 ところで、ZnOと希土類酸化物とを用いて電圧
非直線性素子を構成する技術として、特公昭52−
40039号公報、特公昭52−40749号公報に示されて
いるものがあるが、この従来の技術のものは、
ZnO焼結体の内部に希土類酸化物が分散された構
造となるもので、焼結体内部の非オーム性を利用
したものであると考えられ、電圧−電流特性は、
本発明のものとは異なり、対称な電圧非直線性し
か得られないものであると考えられる、従つて、
この従来のものでは、立上り電圧として低圧のも
のを得るためには素子の厚みを薄くすればよいも
のの、機械的強度の関係からすると、10V以下の
ものを得るのは困難であると考えられる。 一方、本発明においては、非対称な電圧非直線
性を示す素子を得ることができるため、低圧回路
に適する素子を容易に得ることができる。 実施例 1 ZnO粉体を、通常の成型方法によつて、直径12
mm、厚さ1.5mmに成型し、空気中において1250℃
で2時間焼成した。この焼結体は多結晶体であつ
た。しかる後、焼結体の両主面を研磨し、特にそ
の一方の面についてはアルミナ微粉を用いて鏡面
研磨を行なつた。その後、有機溶剤で十分洗浄し
た後、高周波スパツタリング装置を用いて、鏡面
研磨したZnO焼結体からなる基板の主面上に希土
類酸化物のスパツタ膜を設けた。さらに、得られ
た素子の両面にAl蒸着電極を設けた。それぞれ
について電気特性を測定した。 このようにして得られた素子は、第2図に示す
ような非対称な電圧非直線特性およびすぐれた非
オーム性とサージに対する安定な性質を示した。
第1表に得られた素子の電圧非直線指数αと、サ
ージ耐量を示す。サージ耐量は低圧回路ではせい
ぜい数10Aのサージ電流しか流れないことを考慮
して8×20マイクロ秒の衝撃電流波形で50Aを2
回印加した後の1mAにおける素子両端の電圧
V1mAの変化率で表わした。
The present invention relates to a voltage nonlinear resistor that has asymmetric voltage-current characteristics and is stable against surges. Traditionally, Zener diodes and ZnO have been used as voltage nonlinear resistors that exhibit asymmetric voltage-current characteristics.
A surface barrier type ZnO varistor is known, in which a non-ohmic electrode is provided on one side of a sintered body and an ohmic electrode is provided on the other side. Zener diodes utilize the tunnel effect or avalanche effect of a silicon single-crystal PN junction when reverse biased. Zener diodes exhibit excellent voltage nonlinearity, but are susceptible to surges (abnormal overvoltage). This is because it is technically difficult to create a uniform, large-area PN junction. Surface barrier type ZnO varistors are made by adding appropriate additives such as Bi 2 O 3 or Co 2 O 3 to either a ZnO sintered body or a ZnO sintered body containing appropriate additives added to improve properties. Apply a silver paste containing
The electrode is baked at 700 to 800°C to form a non-ohmic electrode, and the other side is provided with an ohmic electrode such as an aluminum sprayed electrode. The thus obtained surface barrier type ZnO varistor exhibits voltage nonlinearity in which current suddenly flows around 4 to 8 V. This is formed at the interface between a silver electrode containing an appropriate additive such as Bi 2 O 3 or Co 2 O 3 and a ZnO sintered body or a ZnO sintered body containing an appropriate additive, which is provided on one side. Due to surface barrier. However, the surface barrier type ZnO varistor obtained in this way is still weak against surges, and the voltage nonlinearity index α is small (the voltage nonlinearity index α is I=(V/C)〓:I is current, V is voltage, and C is a constant). This is because silver is applied in the form of a paste and then baked at 700 to 800°C, so a considerable amount of silver and additives diffuse into the ZnO sintered body and move from the electrode area into the ZnO sintered body. A slowly decreasing impurity distribution is formed, so a clear surface barrier is not formed, and the diffusion rate at the grain boundary in the ZnO sintered body is much higher than the diffusion rate inside the ZnO particles, so Some impurities tend to diffuse into the sintered body,
Furthermore, since the silver is applied in the form of a paste, its thickness becomes uneven, which causes the amount of impurities to diffuse into the ZnO sintered body to vary depending on the location. In recent years, the use of semiconductors in electrical equipment and electronic equipment has progressed, and in particular, most low-voltage circuits are made of semiconductors. However, as is well known, these semiconductor devices are vulnerable to surges. Therefore, surge countermeasures are required for devices that are particularly susceptible to surges, such as various signal control circuits that are susceptible to lightning surges, printer circuits that generate switching surges, and various control circuits for automobiles. Among these, for those used in linear circuits, voltage nonlinear resistors with asymmetrical resistance-current characteristics and strong resistance to surges are desired. The present invention was made in view of this situation,
The present invention provides a voltage nonlinear resistor that has asymmetric voltage-current characteristics and is strong against surges. FIG. 1 shows the basic structure of a voltage nonlinear resistor according to the present invention. In the figure, 1
is a ZnO layer, 2 is a rare earth oxide layer (or a rare earth oxide layer containing an appropriate additive), and 3 and 4 are ohmic electrodes. With this configuration, a shot key barrier 5 is formed on the ZnO layer 1 side along the interface between the ZnO layer 1 and the rare earth oxide layer 2, so that when a voltage is applied using the electrode 3 as an anode, On the other hand, if a voltage is applied using the electrode 4 as an anode, the shot key barrier 5 will be reverse biased, so the current will not flow until a certain voltage, and will suddenly flow above that voltage. An element exhibiting asymmetric voltage nonlinearity in which current flows is obtained. By the way, as a technology for constructing voltage nonlinear elements using ZnO and rare earth oxides,
There are methods shown in Japanese Patent Publication No. 40039 and Japanese Patent Publication No. 52-40749, but this conventional technology is
It has a structure in which rare earth oxides are dispersed inside the ZnO sintered body, and is thought to take advantage of the non-ohmic nature inside the sintered body, and the voltage-current characteristics are as follows.
Unlike the present invention, it is believed that only symmetrical voltage nonlinearity can be obtained; therefore,
In this conventional device, in order to obtain a low rise voltage, it is sufficient to reduce the thickness of the element, but it is considered difficult to obtain a rise voltage of 10 V or less in terms of mechanical strength. On the other hand, in the present invention, an element exhibiting asymmetric voltage nonlinearity can be obtained, and therefore an element suitable for a low voltage circuit can be easily obtained. Example 1 ZnO powder was molded into a diameter of 12 mm by a normal molding method.
mm, molded to a thickness of 1.5 mm and heated to 1250°C in air.
It was baked for 2 hours. This sintered body was a polycrystalline body. Thereafter, both main surfaces of the sintered body were polished, and one surface in particular was mirror polished using fine alumina powder. Thereafter, after thorough cleaning with an organic solvent, a sputtering film of a rare earth oxide was provided on the main surface of the substrate made of a mirror-polished ZnO sintered body using a high-frequency sputtering device. Furthermore, Al vapor-deposited electrodes were provided on both sides of the obtained device. The electrical characteristics of each were measured. The device thus obtained exhibited asymmetrical voltage nonlinear characteristics as shown in FIG. 2, excellent non-ohmic properties, and stable properties against surges.
Table 1 shows the voltage non-linearity index α and surge resistance of the obtained device. Considering that a surge current of only a few tens of amperes flows at most in a low-voltage circuit, the surge withstand capacity is 50A with a shock current waveform of 8 x 20 microseconds.
Voltage across the element at 1mA after applying
It was expressed as a rate of change in V 1 mA.

【表】 実施例 2 実施例1で用いたと同様の手順で得たZnO焼結
体の基板上に、実施例1と同様の手順で、第2表
に示す組成から成る希土類酸化物を主成分とする
膜を形成した。さらに得られた素子の両端にAl
の蒸着電極を設け、その電気特性を測定した。そ
の電圧−電流特性は、実施例1で述べたと同じよ
うに非対称な特性を示したが、希土類酸化物膜に
酸化コバルト、酸化マンガンを加えることによ
り、さらにα−およびサージ耐量に優れたものが
得られた。
[Table] Example 2 A rare earth oxide having the composition shown in Table 2 was added as a main component on a ZnO sintered body substrate obtained in the same manner as in Example 1. A film was formed. Furthermore, Al is placed on both ends of the obtained device.
A vapor-deposited electrode was installed and its electrical properties were measured. The voltage-current characteristics showed asymmetric characteristics as described in Example 1, but by adding cobalt oxide and manganese oxide to the rare earth oxide film, a product with even better α- and surge resistance was obtained. Obtained.

【表】【table】

【表】 実施例 3 ガラス基板上にAlを真空蒸着し、このAl蒸着
膜の上に、高周波スパツタリング装置を用いて
ZnOのスパツタ膜を設けた。さらにこのZnOスパ
ツタ膜の上に、実施例2で述べたと同じ方法で第
3表に示す組成の各種添加物を含む希土類酸化物
を主成分とするスパツタ膜を設け、その上にさら
にAlの蒸着電極を付けて、それぞれについてそ
の電気特性の測定を行つた。 得られた素子の構造を第3図に示す。図におい
て、6は添加物を含む希土類酸化物主成分膜、7
はZnO膜、8,9は電極、10はガラス基板であ
る。 このようにして得られた素子は、やはり第2図
に示すような非対称な電圧−電流特性を示した。
やはりこの場合にも、実施例2の場合と同じく、
希土類酸化物中に添加物を加えることにより、よ
り優れたα、サージ耐量を示す素子が得られた。
得られた素子の電気特性を第3表に示す。なおこ
の場合の電極8の面積は、実施例1および2で設
けた電極面積とほぼ同一に設定してある。
[Table] Example 3 Al was vacuum-deposited on a glass substrate, and a high-frequency sputtering device was used to deposit Al on this Al-deposited film.
A sputtered ZnO film was provided. Further, on this ZnO sputtered film, a sputtered film whose main component is a rare earth oxide containing various additives with the composition shown in Table 3 is provided by the same method as described in Example 2, and then Al is further deposited on top of the sputtered film. Electrodes were attached and the electrical properties of each were measured. The structure of the obtained device is shown in FIG. In the figure, 6 is a rare earth oxide main component film containing additives, 7
is a ZnO film, 8 and 9 are electrodes, and 10 is a glass substrate. The device thus obtained also exhibited asymmetric voltage-current characteristics as shown in FIG.
Again, in this case, as in the case of Example 2,
By adding additives to the rare earth oxide, a device with better α and surge resistance was obtained.
The electrical characteristics of the obtained device are shown in Table 3. Note that the area of the electrode 8 in this case is set to be approximately the same as the area of the electrode provided in Examples 1 and 2.

【表】【table】

【表】 実施例 4 ZnO単結晶を直径2mm、厚さ0.3mmに切り出
し、その両面を研磨した。特に一方の面はアルミ
ナ微粉末を用いて鏡面に研磨した。その後有機溶
剤で十分洗浄し、高周波スパツタリング装置を用
いて、鏡面研磨したZnO単結晶の一方の面に、実
施例1および2で示したと同一の方法で第4表に
示す組成の希土類酸化物もしくは添加物を含む希
土類酸化物のスパツタ膜を設け、その後Alの蒸
着電極を付けた。このようにして作製した試料も
第2図に示すような非対称な電圧−電流特性を示
した。得られた素子の電気特性を第4表に示す。
なおこの場合には、電極面積の関係から、実施例
1、2における場合と同じ電流密度になる条件で
サージ耐量を測定した。
[Table] Example 4 A ZnO single crystal was cut into a piece having a diameter of 2 mm and a thickness of 0.3 mm, and both sides thereof were polished. In particular, one surface was polished to a mirror surface using fine alumina powder. Thereafter, it was thoroughly washed with an organic solvent, and a rare earth oxide or A sputtered film of rare earth oxide containing additives was provided, and then an Al vapor deposition electrode was attached. The sample prepared in this manner also exhibited asymmetric voltage-current characteristics as shown in FIG. The electrical characteristics of the obtained device are shown in Table 4.
In this case, the surge resistance was measured under the same current density conditions as in Examples 1 and 2 due to the electrode area.

【表】 上記した実施例からわかるように、第1図に示
す基本構造を有する素子は、非対称でかつ顕著な
非直線性を示す。ZnO基板上に形成する希土類酸
化物層としてとくに添加物を加えなくても、それ
なりに電圧非直線性が得られるが、さらにそれに
Co2O3、MnO2を加えると特性が著しく改善され
る。これは添加した添加物が、希土類酸化物スパ
ツタ膜中およびZnOとの界面にトラツプや表面準
位を形成することによると考えられる。したがつ
て、希土類酸化物中の添加物の量の効果について
は、ZnO焼結体にスパツタングした場合だけでな
く、ZnO基板側がスパツタ膜の場合でも、単結晶
の場合でも、第2、3、4表に示しているよう
に、同じような効果が期待できる。そして、第2
表に示したようにCo2O3を0.1〜40モル%、MnO2
を0.1〜40モル%の範囲で加えてやると、改善の
効果が得られる。 なお実施例では希土類の代表例としてPr2O3
Nd2O3、Sm2O3の例のみを用いて説明したが、こ
れらの例から他の希土類を用いても同じような効
果の期待されることは明らかである。また実施例
ではそれぞれの希土類酸化物を単独で用いたが、
それらの複合膜を用いても同じような特性の素子
が得られることも明らかである。 実施例の希土類酸化物層もしくは添加物を含む
希土類酸化物主成分層については、500〜1000Å
の厚さに形成したが、500Åよりも薄くても同様
な特性が得られた。また1000Åよりも厚い場合に
も同様な特性が得られた。 スパツタリング時の雰囲気としては、いずれの
場合もアルゴンなどの不活性ガス雰囲気、もしく
はその50%程度を酸素ガスで置換した雰囲気がよ
い。置換する酸素ガスの量によつて、スパツタリ
ングされた膜の抵抗値を制御することができる。 また、実施例では電極として真空蒸着による
Al電極を用いたが、前述の説明からもわかるよ
うに、オーム性電極であればAlに限る必要はな
く、また蒸着ではなく、溶射、焼付けなどの方法
によつて形成してもよい。 次にZnO基板部分に焼結体を用いた場合には、
大面積の焼結体を容易に安価に作製することがで
きるため、大面積の素子を作ることができ、した
がつて、大きなサージ電圧、たとえば50A以上の
ものも容易に作ることができる。またZnO側に特
性改善の添加物をドープすることもきわめて容易
なことである。 実施例1、2で用いたZnO焼結体は、ZnO粉体
に適当量の有機バインダーを加え、円板上に成型
した後、1000℃〜1400℃の空気中で焼結する方法
により得られる。焼成時間は1時間〜5時間が適
当である。なお1000℃より焼成温度が低いと焼結
が十分でなく、また1400℃より高いとZnOの蒸発
がおこり基板がち密でなくなる。 一方、ZnOとしてスパツタ膜を用いた場合に
は、ZnO部分の抵抗が低いため、大電流域におい
ても、電圧の低い素子を得ることができる。 実施例3におけるZnOスパツタ膜については、
5000〜10000Åの厚さに形成したが、原理的に
は、シヨツトキーバリヤが形成されるに十分な厚
み(300Å程度と考えられる)以上であればよ
い。 なお実施例3では基板にガラスを用いたが、ガ
ラスに限定する必要はなく、スパツタリング時の
発熱に耐えられる安定な絶縁物、たとえばアルミ
ナの焼結基板やマグネシアの焼結基板などを用い
てもよい。 またZnOとして単結晶を用いた場合には、接合
面の欠陥が少なくなるため、長期の安定性や、繰
り返しサージに対して安定な素子を得ることがで
きる。 更に本発明はZnO側界面に形成されるシヨツト
キーバリヤを利用したものであり、シヨツトキー
バリヤの性質は主成分がZnOであればほぼ類似の
性質を示す。したがつて本発明はZnOのみから成
る基板に限定されるものではなく、特性改善のた
めに添加物を加えたZnOを主成分とする基板、た
とえばZnOの比抵抗を下げて、衝撃電流印加時の
電圧上昇を少なくするためにAl2O3などを加えた
ZnOを主成分とする基板を用いてもよい。 しかし、いずれの方法においても、電圧−電流
特性の非対称な電圧非直線抵抗体で、しかもサー
ジに対して強い素子を得ることができる。 比較のため、立上り電圧6Vのツエナーダイオ
ードおよびZnOを用いた障壁型ZnOバリスタの特
性の代表例について述べると、α値がそれぞれ
100以上、5であり、サージ耐量では前者が破壊
し、また後者が−14.8%である。 なお、ツエナーダイオードは通常のシリコンツ
エナーダイオードである。 表面障壁型ZnOバリスタは、あらかじめ1350℃
で1時間焼成して得たZnO焼結体の一方の主面上
に、Bi2O3(20重量%)、硼珪酸ビスマスガラス
(50重量%)およびAg2O(30重量%)からなる銀
ペーストを塗布し、700℃の空気中で1時間焼成
した後、他方の面にAlの溶射電極を設けたもの
である。 以上のように本発明の電圧非直線抵抗器は、ツ
エナーダイオードに比べてαでは劣つているが、
サージ耐量の面で格段に優れている。これは前述
したように、ツエナーダイオードでは、均一で面
積の大きなPN接合を作ることが困難なためであ
る。 一方、表面障壁型ZnOバリスタに比較すると
α、サージ耐量がともに優れている。これは前述
したように、表面障壁型のバリスタでは拡散によ
り表面障壁を作ろうとするため、どうしても不純
物の拡散量、拡散距離に不均一性を生じるためと
考えられる。
[Table] As can be seen from the examples described above, the element having the basic structure shown in FIG. 1 is asymmetric and exhibits significant nonlinearity. Although voltage nonlinearity can be obtained to a certain degree even without adding any additives to the rare earth oxide layer formed on the ZnO substrate,
Addition of Co 2 O 3 and MnO 2 significantly improves the properties. This is thought to be because the added additive forms traps and surface states in the sputtered rare earth oxide film and at the interface with ZnO. Therefore, regarding the effect of the amount of additives in rare earth oxides, the effects of the second, third, As shown in Table 4, similar effects can be expected. And the second
0.1-40 mol% Co2O3 , MnO2 as shown in the table
When added in the range of 0.1 to 40 mol%, an improvement effect can be obtained. In the examples, Pr 2 O 3 ,
Although the explanation has been made using only examples of Nd 2 O 3 and Sm 2 O 3 , it is clear from these examples that similar effects can be expected even when other rare earths are used. In addition, each rare earth oxide was used alone in the examples, but
It is also clear that devices with similar characteristics can be obtained using these composite films. For the rare earth oxide layer or the rare earth oxide main component layer containing additives in the examples, the thickness is 500 to 1000 Å.
However, similar characteristics were obtained even when the thickness was less than 500 Å. Similar characteristics were also obtained when the thickness was greater than 1000 Å. In any case, the atmosphere during sputtering is preferably an inert gas atmosphere such as argon, or an atmosphere in which about 50% of the atmosphere is replaced with oxygen gas. The resistance value of the sputtered film can be controlled by the amount of oxygen gas replaced. In addition, in the example, the electrode was formed by vacuum evaporation.
Although Al electrodes were used, as can be seen from the above description, the electrodes are not limited to Al as long as they are ohmic electrodes, and may be formed by thermal spraying, baking, or other methods instead of vapor deposition. Next, when using a sintered body for the ZnO substrate part,
Since a large-area sintered body can be easily and inexpensively produced, a large-area element can be produced, and therefore a large surge voltage, for example, 50 A or more, can be easily produced. It is also extremely easy to dope additives to improve the properties of ZnO. The ZnO sintered bodies used in Examples 1 and 2 are obtained by adding an appropriate amount of organic binder to ZnO powder, molding it into a disk, and then sintering it in air at 1000°C to 1400°C. . The appropriate firing time is 1 hour to 5 hours. Note that if the firing temperature is lower than 1000°C, sintering will not be sufficient, and if it is higher than 1400°C, ZnO will evaporate and the substrate will not be dense. On the other hand, when a sputtered film is used as ZnO, since the resistance of the ZnO portion is low, an element with low voltage can be obtained even in a large current range. Regarding the ZnO sputtered film in Example 3,
Although it is formed to a thickness of 5,000 to 10,000 Å, in principle, the thickness may be sufficient to form a shot key barrier (approximately 300 Å) or more. Although glass was used for the substrate in Example 3, it is not necessary to be limited to glass; a stable insulator that can withstand heat generation during sputtering, such as a sintered alumina substrate or a sintered magnesia substrate, may also be used. good. Furthermore, when a single crystal is used as ZnO, there are fewer defects on the bonding surface, so it is possible to obtain an element with long-term stability and stability against repeated surges. Further, the present invention utilizes a shot-key barrier formed at the ZnO side interface, and the properties of the shot-key barrier will be almost similar if the main component is ZnO. Therefore, the present invention is not limited to substrates made only of ZnO, but includes substrates mainly composed of ZnO to which additives are added to improve characteristics, for example, by lowering the specific resistance of ZnO, when applying an impact current. Added Al 2 O 3 etc. to reduce the voltage rise of
A substrate containing ZnO as a main component may also be used. However, in either method, it is possible to obtain a voltage nonlinear resistor with asymmetric voltage-current characteristics and an element that is strong against surges. For comparison, we will discuss representative examples of the characteristics of a Zener diode with a rise voltage of 6V and a barrier type ZnO varistor using ZnO.
100 or more, 5, and the former destroys the surge resistance, and the latter -14.8%. Note that the Zener diode is a normal silicon Zener diode. Surface barrier type ZnO varistors are preheated to 1350℃.
On one main surface of the ZnO sintered body obtained by firing for 1 hour at After applying silver paste and firing in air at 700°C for 1 hour, a sprayed Al electrode was provided on the other side. As described above, the voltage nonlinear resistor of the present invention is inferior to the Zener diode in α, but
It has excellent surge resistance. This is because, as mentioned above, it is difficult to create a uniform and large-area PN junction with a Zener diode. On the other hand, compared to surface barrier type ZnO varistors, both α and surge resistance are superior. This is thought to be because, as described above, in a surface barrier type varistor, a surface barrier is created by diffusion, which inevitably causes non-uniformity in the amount and distance of diffusion of impurities.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明にかかる電圧非直線抵抗器の一
実施例の基本構造図、第2図は代表的な電圧−電
流特性を示す図、第3図は他の実施例の構成図で
ある。 1……ZnO層、2,6……希土類酸化物層また
は添加物を含む希土類酸化物層、3,4,8,9
……オーム性電極、5……シヨツトキーバリヤ、
7……ZnO膜、10……ガラス基板。
FIG. 1 is a basic structural diagram of one embodiment of the voltage nonlinear resistor according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing typical voltage-current characteristics, and FIG. 3 is a diagram of the configuration of another embodiment. . 1... ZnO layer, 2, 6... Rare earth oxide layer or rare earth oxide layer containing additives, 3, 4, 8, 9
...Ohmic electrode, 5...Shot key barrier,
7...ZnO film, 10...Glass substrate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ZnOを主成分とする第1の層と、少なくとも
希土類酸化物を含む第2の層とを有し、前記第1
の層が前記第2の層に接しており、さらに前記第
1、第2の層のそれぞれの他方の面に電極が設け
られていることを特徴とする電圧非直線抵抗器。 2 希土類酸化物として酸化プラセオジウムまた
は酸化ネオジウムまたは酸化サマリウムを用いた
特許請求の範囲第1項記載の電圧非直線抵抗器。 3 第2の層が少なくともコバルトをCO2O3の形
に換算して0.1〜40モル%、マンガンをMnO2の形
に換算して0.1〜40モル%を含むものである特許
請求の範囲第1項記載の電圧非直線抵抗器。 4 第1の層が多結晶焼結体である特許請求の範
囲第1項記載の電圧非直線抵抗器。 5 第1の層がスパツタリング膜である特許請求
の範囲第1項記載の電圧非直線抵抗器。 6 第1の層が単結晶である特許請求の範囲第1
項記載の電圧非直線抵抗器。 7 ZnOを主成分とする基板の一方の面に、不活
性ガスもしくは不活性ガスと酸素ガスから成る雰
囲気中で、スパツタリング法により、希土類酸化
物を主成分とする膜を形成し、その膜の上と基板
の他方の面に電極を設けることを特徴とする電圧
非直線抵抗器の製造方法。 8 基板として、ZnOを主成分とする粉末を造
粒、成型して、1000℃〜1400℃の空気中で焼成し
て得た焼結体を用いる特許請求の範囲第7項記載
の電圧非直線抵抗器の製造方法。 9 基板として、耐熱性基板上に電極膜を形成
し、さらにその上にZnOを主成分とするZnO膜を
スパツタリング法によつて形成してなるものを用
いる特許請求の範囲第7項記載の電圧非直線抵抗
器の製造方法。
[Scope of Claims] 1. A first layer containing ZnO as a main component and a second layer containing at least a rare earth oxide;
A voltage nonlinear resistor, characterized in that the layer is in contact with the second layer, and further an electrode is provided on the other surface of each of the first and second layers. 2. The voltage nonlinear resistor according to claim 1, using praseodymium oxide, neodymium oxide, or samarium oxide as the rare earth oxide. 3. Claim 1, wherein the second layer contains at least 0.1 to 40 mol% of cobalt in the form of CO 2 O 3 and 0.1 to 40 mol % of manganese in the form of MnO 2 Voltage nonlinear resistor as described. 4. The voltage nonlinear resistor according to claim 1, wherein the first layer is a polycrystalline sintered body. 5. The voltage nonlinear resistor according to claim 1, wherein the first layer is a sputtered film. 6 Claim 1 in which the first layer is a single crystal
Voltage non-linear resistor as described in section. 7 A film mainly composed of rare earth oxides is formed on one side of a substrate mainly composed of ZnO by sputtering in an inert gas or an atmosphere consisting of an inert gas and oxygen gas. A method for manufacturing a voltage nonlinear resistor, comprising providing electrodes on the top and on the other side of the substrate. 8. Voltage nonlinearity according to claim 7, in which the substrate is a sintered body obtained by granulating and molding a powder containing ZnO as a main component and firing it in air at 1000°C to 1400°C. Method of manufacturing resistors. 9. The voltage according to claim 7, in which the substrate is formed by forming an electrode film on a heat-resistant substrate and further forming a ZnO film containing ZnO as a main component by a sputtering method. Method of manufacturing non-linear resistors.
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