DE2326896A1

DE2326896A1 - Oxidhalbleiter-metall-kontaktwiderstandselement

Info

Publication number: DE2326896A1
Application number: DE2326896A
Authority: DE
Inventors: Michihiro Nishioka; Mikiya Ono; Kan-Ichi Tachibana
Original assignee: Mitsubishi Cement Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cement Co Ltd
Priority date: 1972-06-22
Filing date: 1973-05-25
Publication date: 1974-01-17
Also published as: US3906425A; JPS525995B2; FR2189836A1; JPS4921689A; FR2189836B1; DE2326896B2; DE2326896C3

Description

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Mitsubishi Cement Company, Ltd., Tokyo / Japan

Oxidhalbleiter-Metall-Kontaktwiderstandselement

Die Erfindung bezieht sich auf ein Oxidhalbleiter-Metall-Kontaktwiderstandselement mit einem Oxidhalbleiter und einem an diesem angebrachten Metall oder einer Legierung.

Die Kontaktwiderstandselemente der Erfindung haben die

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gleichen bemerkenswert stabilen Stromspannungskennlinien wie nicht-lineare Widerstände, und diese Stromspannungskennlinien beruhen auf den Eigenschaften der Kontaktflächen zwischen den gesinterten Oxidkörpern und den Metallen oder Legierungen, woraus sich ergibt, daß die Kontaktwiderstandselemente in sehr kleinen Abmessungen ausgeführt werden können.

übliche nicht-lineare Widerstände, die im folgenden als Varistor bezeichnet werden, sind Siliziumkarbidvaristoren,Siliziumvaristoren, Bariumtitanatvaristoren und dergleichen.

Allgemein ist die Stromspannungskennlinie eines solchen Varistors durch folgende Gleichung (1) gegebene

I =

wobei I der durch den Varistor fließende Strom, V die Spannung über dem Varistor, V die an. gegenüberliegende Flächen des Varistors bei I = I_omA angelegte Spannung, d.h. eine

Schwellwertspannung und ⁰^ eine die Nichtlinearität darstellende Zahl, gewöhnlich 3 bis 5, ist.

SiliziumkarbidVaristoren verschlechtern sich in der Kennlinie bei kleiner werdenden Abmessungen und zeigen dann <*-Werte kleiner als 3. Siliziumvaristoren und Bariumtitanatvaristoren können beide mit kleinen Abmessungen hergestellt werden, sind in der Verwendung jedoch beschränkt, weil ihre V_Q-Werte so niedrig wie 0,5 bis 1,2 V sind.

Mit der Erfindung sollen die oben beschriebenen Fehler und Nachteile üblicher nicht-linearer Widerstände überwunden werden.

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Ziel der Erfindung ist es daher, einen nichtlinearen Widerstand zu schaffen, welcher eine bemerkenswert stabile Stromspannungskennlinie hat,, mit kleinen Abmessungen hergestellt werden kann und bezüglich der Kostei nicht teuer ist.

Dieses Ziel wird mit einem Oxidhalbleiter-Metall-Kontaktwiderstandselement mit einem Oxidhalbleiter und einem an diesem angebrachten Metall oder einer Legierung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Oxidhalbleiter einen negativen Widerstand und einen spezifischen Widerstandswert R_Q k Xl bei 275 °K sowie eine Thermistorkonstante B ⁰K aufweist, welche die Beziehung R_Q· B = 10 000 k_Q.°K erfüllen, und das Metall sehr korrosionshindernd ist und eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat.

Allgemein ist die Beziehung zwischen dem Widerstand R k Λ2-bei T ⁰K, R_G k JX und B ⁰K <
gende Gleichung (2) gegeben:

bei T ⁰K, R_G k SL und B ⁰K eines Oxidhalbleiters durch fol-

R = R_oexp (B(-J- - -573- ) ) (2)

Die Gleichung (2) ist nicht in jedem Temperaturbereich anwendbar, die Erfindung bezieht sich jedoch auf Werte von R₀ und B in einem Temperaturbereich, in welchem die Gleichung (2) anwendbar ist.

Das Kontaktwiderstandselement der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine ausgezeichnete Kennlinie hat, welche nicht verschlechtert wird, wenn das Kontaktwiderstandselement mit kleineren Abmessungen gebaut wird. Im einzelnen hat das Kontaktwiderstandselement gemäß der Erfindung eine bemerkenswert stabile Kennlinie, weil sein V -Wert 10 bis 20 V bei I₀ = 5mA beträgt und der Wert⁰¹ etwa 5 ist. Es kann

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leicht mit kleineren Abmessungen hergestellt werden.

Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein bevorzugtes AusfUhrungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 eine für einen nicht-linearen Widerstand geeignete Stromspannungskennlinie, und

Fig. 4 eine für dnen nicht-linearen Widerstand ungeeignete Stromspannungskennlinie.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Spannung E als Abszisse und ein Strom I als Ordinate aufgetragen.

Der Oxidhalbleiter als eine Komponente des Kontaktwiderstandelements der Erfindung hat einen negativen Widerstand und besitzt einen solchen spezifischen Widerstand R k -Q- bei 273 °K sowie eine solche Thermistorkonstante B ⁰K, daß diese die Beziehung B · R_Q ^ IO k XL. · ⁰K erfüllen* Die Oxidhalbleiter sind vorzugsweise gesinterte Körper aus Mischungen wie Eisenoxid und Kupferoxid, Kobaltoxid und Nickeloxid, Eisenoxid und Titanoxid und der Rest. Die Metalle oder Legierungen als die zweite Komponente des Kontaktwiderstandelements, welche sehr korrosionshindernd sind und eine hohe elektrische Leitfähigkeit haben, sind vorzugsweise Metalle wie Kupfer, Zink, Nickel usw. oder Legierungen wie Messing, Phosphorbronze, Neusilber usw. Daher sind die Komponenten des Kontaktwiderstandselements der Erfindung beide nicht teuer.

Im folgenden wird ein Kontaktwiderstandselement gemäß der Er-

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findung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, während Fig. 2 eine Querschnittansicht dieses Ausführungsbeispiels zeigt.

Die Erfindung sieht ein Kontaktwiderstandselement wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt vor, welches einfach dadurch herstellbar ist, daß kleine Löcher in einen gesinterten Oxidkörper 1 gemacht werden, Stücke 2, 2 aus Metall oder einer Legierung durch die kleinen Löcher an dem gesinteren Oxidkörper 1 angebracht werden und das Ganze mit einem geeigneten isolierenden Überzugsmaterial 3 wie einem Epoxyharz fixiert wird. Das Kontaktwiderstandselement der Erfindung hat eine bemerkenswert stabile Stromspannungskennlinie, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, und welche sich als geeignet für einen nicht—linearen Widerstand gezeigt hat.

Die Erfindung, wie sie oben beschrieben worden ist, schafft ein Kontaktwiderstandselement, welches sowohl bezüglich der Rohmaterialkosten als auch bezüglich der Herstellungskosten nicht teuer ist und mit kleinen Abmessungen gebaut werden kann, ohne daß seine bemerkenswert stabile Kennlinie verschlechtert wird. Das erfindungsgemäße Kontaktwiderstandselement hat,somit einen großen industriellen Wert.

Die Erfindung wird noch besser verständlich im Zusammenhang mit dem folgenden Beispiel. Das Beispiel soll jedoch die Erfindung lediglich erläutern und keine Begrenzung für den Bereich der Erfindung bilden.

Beispiel

Der gesinterte Oxidkörper wird mit einem üblichen Verfahren

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hergestellt. Das Ausgangsmaterial in der in Tabelle I definierten Zusammensetzung wird in einer Topfmühle gemischt, um eine homogene Mischung zu erzeugen. Die Mischung wird in einem Trockner getrocknet und in einer Form bei einem Druck von etwa 1- 000 kg/cm in eine Scheibe von 10 mm Durchmesser und 1 mm Dicke gepreßt. Diß gepreßte Scheibe wird bei etwa 1 000° C in luft get roe!
oder den Oxidkörper 1.

1 000° C in luft getrocknet und ergibt so eine Sinterscheibe

Ein Kontaktwiderstandselement wie in Fig. 1 gezeigt wird dadurch hergestellt, daß zwei kleine Löcher von 1 mm Durchmesser in die Sinterscheibe oder den Oxidkörper 1 gemacht werden, die Stücke 2, 2 aus Kupfer über die zwei kleinen Löcher an den Oxidkörper 1 angebracht werden und das Ganze- mit einem Uberzugsmaterial 3 in Form eines Epoxyharzes fixiert wird.

Da das so hergestellte Kontaktwiderstandselement an der Kontaktfläche zwischen der Sinterscheibe oder dem Oxidkörper 1 und dem Stück 2 aus Kupfer wie oben beschrieben eine Grenzschicht aufweist,ist sein Widerstandswert R₁ bei niedrigen Spannungen groß, und der Strom ändert sich bei steigender Spannung wie in Fig. 3 gezeigt. Die gemessenen Werte von R₁, V_Q und oC des KontaktwiderstandseJements sind in Tabelle I gezeigt. Weiter sind die auf übliche Weise gemessenen Werte des Widerstands R_Q k -Π-. und der Thermistorkonstante B ⁰K des Sinterkörpers oder Oxidkörpers 1 zusammen mit den Werten von R₀ · B ebenfalls in Tabelle I dargestellt.

Tabelle I
Probe Nr. I II III IV

Pe₂O₃ (Mol.-Ji) 66 50 4*0 34 CuO (Mol.-Ji) y\ 50 60 66

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Tabelle I Fortsetzung

Probe Nr. I II III IV

R_o (k -Ω. ) 0,5 0,1 0,04 " 0,01

B (⁰K) 2 100 1 900 -1 100 1 500

R₁ (k Xl ) 20

V₀ (V ) 19

R₀ ·Β (k/l-°K) 1 050

19	17	16
18	16	15
5	4	4
190	44	15

Wie Tabelle I zeigt, sind die Werte R_Q · B der Oxidkbrper oder Sinterkörper I bis IV durchweg nicht größer als 10 k -TL. · ⁰K. Die unter Verwendung dieser Sinterkörper hergestellten Kontaktwiderstandselemente wie in Fig.l dargestellt zeigen alle die bemerkenswert stabile Stromspannungskennlinie wie in FIg. 3 dargestellt und erweisen sich somit als geeignet für einen nicht-linearen Widerstand.

Zum Vergleich wurden Sinterkörper auf die gleiche Weise wie bei dem oben erwähnten Beispiel ausgehend aoi den Aus gangsmaterialien in der Zusammensetzung wie in Tabelle II definiert, hergestellt. Die gemessenen Werte von R , B und R₁ sind ebenfalls in Tabelle II gezeigt.

Tabelle II

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Probe Nr. V VI VII VIII

Fe₂O, (Mol. -%) 70 MnO₂ (Mol.-#) 0 CoO (Mol.-%) 30

0	0	50
70	66	0
30	34	50

R₀ (kJi-) 20 20 10 6

B (⁰K) - 4 500 4 500 6 000 3 500

R₁ (kXl) 140 140 30 25

R₀ · B (kXL'°K) 90 000 90 000 60 000 21 000

Wie Tabelle II zeigt, sind die Werte von R_Q . B der Sinterkörper V bis VIII durchweg größer als 10 000XL · ⁰K. Die Kontaktwiderstandselemente, welche durch Anbringen von Kupferstücken an den Sinterkörpern auf die gleiche Weise wie beim oben beschriebenen Beispiel hergestellt wurden, zeigten alle die instabile Stromspannungskennlinie, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, und erwiesen sich so als ungeeignet für einen nichtlinearen Widerstand.

Kurz umrissen schafft die Erfindung Oxidhalbleiter-Metall-Kontaktwiderstandselemente mit bemerkenswert stabilen Stromspannungskennlinien. Die Kontaktwiderstandselemente bestehen aus Oxidhalbleitern, welche einen negativen Widerstand haben, und solche Termistorkonstanten B ⁰K und spezifische Widerstandswerte R k -Q. bei 273 °K aufweisen, daß sie der Beziehung B · R_Q = 10 k -ΧΙ. * K genügen, und aus an diesen angebrachten

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Metallen, welche sehr korrosionshindernd sind und eine hohe elektrische Leitfähigkeit haben. Die Kontaktwiderstandselemente beruhen auf der Ausnutzung der Eigenschaft der Kontaktflächen zwischen den Oxidhalbleitern und den Metallen.

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Claims

Patentanspruch

Oxidhalbleiter-Metall-Kontaktwiderstandselement mit einem Oxidhalbleiter und einem an diesem angebrachten Metall oder einer Legierung, dadurch gekennzeichn et, daß der Oxidhalbleiter einen negativen Widerstand und einen spezifischen Widerstandswert R_Q kXL bei 273°K sowie eine Thermistorkonstante B ⁰K aufweist, welche die Beziehung R₀-B = 10 000 kiTJ. ⁰K erfüllen, und das Metall sehr korrosionshindernd ist und eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat.

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