JPS62193203A - 電圧非直線性素子 - 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・Ｉクス駆動の液晶。

ＥＬ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）に酸化
ビスマス（ＢｉｚＯｓ、、）、　酸化コバルトＣＧａ２
Ｏ３＞　、酸ｆヒマンガン（Ｍｎ０２）、酸化アンチモ
ン（３１）２０５）などの酸化物を添加して、１０００
〜１３５０’Ｃで焼結したＺｎＯバリスタなど１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、素子厚み全薄く（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
ｍＡを流した時の電圧ｖ１１ＴＩＡで表わされる）′！
！−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℃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に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１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。

問題点全解決するための手段 この問題点全解決するために本発明は、　ＭｎＯ２全主
成分とする薄い絶縁被膜を有した微粉末状の半導体物質
が複数個集まった状態を一つの粉末とし、その粉末間も
しくは一部に上記微粉末を含む粉末間を低融点ガラスで
固め、電極を備え又なるものである。

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、かつ電極間距離金狭く（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
、低融点ガラスで固めて素子形成を行うために高温プロ
セスを必要とすることなく作ることができるため１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、粉末状の半導体物質を低融点ガラスで固
めたものであるため、それぞれの半導体物質の粉末間は
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・ソ
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１粒子径が０．０５〜１μｍの微粒子状の酸化亜鉛
１７００〜１３００℃で焼成した後、その焼結されたｚ
ｎｏ２ｏ、ｓ〜６０μｍの粒子径（平均粒子径１〜１０
μｍ）に粉砕し、そのＺｎＯ微粉末に酸化マンガンを０
．０６〜１０　ｍｏ１％添加し、６００〜１３６０’Ｃ
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たＭ
ｎＯ２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５これを乳鉢あるいはボット
ミルでほぐし。

上記ＺｎＯ微粉末がそれぞれ複数個集まった微粉末群の
状態とした（以下、この状態のものを粉末状という）。

この時、一部に上記ＺｎＯ微粉末が単独で存在しても差
支えないものであり、このようなＺｎＯ微粉末を一部に
含んでの状態のものも粉末状という。

次に、上記のようにして得られたＭｎＯ２絶縁被膜が表
面に形成された粉末状のＺｎＯに、粉末間の結合を図る
絶縁性の結合剤として低融点ガラス粉末と有機バインダ
ー全添加し、混合した。ここで、結合剤としては低融点
ガラス粉末分が粉末状のＺｎＯに対して６〜２０ｗｔ％
となるようにしたものとし、それを有機バインダーと例
えば等重量で混合し、ペイント状とした。ここで、有機
バインダーとしてはエチルセルロースを使用し、その固
形分が溶剤（たとえばターピネオール）に対して１０　
ｗｔ％になるように薄めたものとした。

次いで、上記のようにして得られたペイントラ第２図に
示すようにＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）電極１の
設けられたガラス基板３上に例えは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、３００〜５５０℃で１ｏ〜３０分間
、大気中で熱処理し。

電極１．２間に電圧非直線性素子６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
粉末、アはＺｎＯ粉末６の表面に施されたＭｎＯ２絶縁
被膜、８はそれらＺｎＯ粉末６間を機械的に結合してい
る絶縁性結合剤の低融点ガラスであり、この低融点ガラ
ス８でもってＺｎＯ粉末６０間は互いに固められている
。第３図はＩＴＯ電極１ａ、１ｂが設けられたガラス基
板３２Ｌ上に電圧非直線性素子５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７００°Ｃで焼成し、これにＭ
ｎＯ２を０．５ｍｏ１％添加したものを９００°Ｃ１６
０分間熱処理した後、この平均粒予後６〜１０μｍのＺ
ｎＯ粉末と奥野製薬■製の低融点ガラス微粉末（ＺｎＯ
粉末に対して２０ｗｔ％）に上記有機バインダーを等重
量で混合したものにおいて、素子面積ｔ１−９電極間距
離ｉ３０μｍ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で示されている。

１、、ＫＶ’ ここで５　工は素子に流れる電流、Ｖは素子の電極間の
電圧、に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５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　４ム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、特性ムで
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１通常、ＺｎＯバリスタにおいてはバリスタ特性
を表わすのに１例えば素子に１ｒｎＡの電流を流した時
の電極間に現れる電圧をバリスタ電圧Ｖ１ｍムと呼び、
このバリスタ電圧ｖ１ｍＡと上記′１１ｊ、圧非直線指
数αとを使用している。本発明の素子では、上述したよ
うに、低電流域においても電圧非直線指数αが大きく、
バリスタ電圧全第４図に指すように例えばＶ４ｐｈ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２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、粉末状の半導体物質（ＺｎＯ）を絶縁性結合
剤の低融点ガラス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図の特性は上述した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粉末の平均粒子径が６〜１０μｍという比較的大きい
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粉末の平均粒子径が０．３〜３
μｍ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ｖ１ｐｈ＋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１０００〜２００００
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７４％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。

なお５上記の実施例においては、半導体物質としては％
　Ｚｎｏｔ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、ＭｎＯ２に主成分として、ムｌ、
Ｔｉ、Ｓｒ、Ｍｇ。

Ｎｉ、Ｏｒ、８ｉなどの金属酸化物またはこれらの金属
の有機金属化合物を単独または組合せて使用することが
できるものである。

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
た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、ＫＬなどのデバイスのスイッチング
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、低融点ガラスで固めて素子形成を行うた
め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５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。このように種々
の特徴を有する本発明の電圧非直線性素子は、今までの
ＺｎＯバリスタなどでは考えられない幅広い用途が期待
できるものであり、その産業性は犬なるものである。

【図面の簡単な説明】

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
特性を示す図、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
Ｖ１４Ａおよび並列静電容量Ｃの変化する様子を示す図
である。 １−１ａ　、　１ｂ　、　２−・−Ｉ　Ｔ　Ｏ電極、３
−３ａ４・・・・・・ガラス基板、５・・・・・・電圧
非直線性素子、６・・・・ＺｎＯ粉末、７・・・・・・
ＭｎＯ２絶縁被膜、８・・・・・・低融点ガラス。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名の 城 第４図 一±　！ミ＜ｖ） 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ＭｎＯ＿２を主成分とする薄い絶縁被膜を有した微粉
   末状の半導体物質が複数個集まった状態を一つの粉末と
   し、その粉末間もしくは一部に上記微粉末を含む粉末間
   を低融点ガラスで固め、電極を備えてなることを特徴と
   する電圧非直線性素子。