JPS62193204A - 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）に酸化
ビスマスＣＢ４．２０ｓ）、酸化コバルト（Ｃｏ２０ｓ
）酸化？　７　ｉ　：ｙ　（ＭｎＯ２）、酸化アンチモ
ン（Ｓｂ　２０　ｓ　）などの酸化物を添加して、１０
００〜１３５０°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
ｍＡを流した時の電圧Ｖ、Ｔ１１Ａで表される）を低く
することに限界があシ、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自なも
のであるなどの問題点を有していた。

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、Ｂｉ　２０５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
、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、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
点接触となシ、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。

実施し１ｊ 以下、本発明を実施列にもとづいて詳細に説明する。

まず、粒子径がＯ，ＯＳ〜１μｍの微粒子状の酸化亜鉛
を７００〜１３ｏＯ°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微粉末に酸化ビスマス
ｉｏ、０５〜１０ｍｏ１％添加し、６００〜１３６０℃
で１０〜６０分間、熱処理し、そのＺｎＯ微粉末表面に
酸化ビスマスの絶縁被膜を形成した。ここで、微粉末状
のＺｎＯの表面にはＢｉ２Ｏ３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Ｂｉ　２０３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
えないものであシ、このよりな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Ｂｉ　２０　ｓ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
インダーを添加し、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５〜２０
ｗｔ％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
１０ｗｔ％になるように薄め念ものとした。

次いで、上記のようにして得られたベイン）ｔ−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、３００〜６５０℃で１０〜３０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５の拡大断面
図であ）、６はＺｎＯ粉末、７はＺｎＯ粉末６の表面に
施されたＢｉ２Ｏ５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
であシ、この低融点ガラス８でもってＺｎＯ粉末６の間
は互いに固められている。第３図はＩＴＯ電極１ａ、１
ｂが設けられたガラス基板３亀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７００°Ｃで焼成し、これにＢｉ２Ｏ５を０
．５　ｍｏｐ％添加したものを９００°Ｃ１６ｏ分間熱
処理した後、この平均粒子径５〜１０μｍのＺｎＯ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２゜ｗｔ％）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、素子面積を１Ｍ！ｔ１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で示されている。

Ｉ＝ＫＶα ここで、工は素子に流れる電流、Ｖは素子の電極間の電
圧、Ｋ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シ、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−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　　　Ａ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ｎ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１ｍＡの
電流を流した時の電極間に現れる電圧を７＜　ＩＪスタ
電電圧７１五ム呼び、このバリスタ電圧ｖ１！＋ｌムと
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、バリスタ電圧を第４図に
示すように例えばｖｉｌｔム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。

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フ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、酸化ビスマスの添加量を変え
た場合のバリスタ電圧ｖ１μム、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。

なお、上記の実施例においては、半導体物質としては、
ＺｎＯを例にとシ説明したが、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、Ｂｉ２Ｏ３単独
に限られることはなく、Ｂ１２Ｊを主成分として、ムＪ
、Ｔｉ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｎｉ。

Ｏｒ、Ｓｉ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、
バリス夕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、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、その産業性は大なるものである。

【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５図は本発明素子においてＢｉ２Ｏ５
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Ｖ、ｌｉＡ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　、３　＆。 ４・・・・・・ガラス基板、５・・・・・・電圧非直線
性素子、６・・・・・・ＺｎＯ粉末、了・・・・・・Ｂ
ｉ２Ｏ５絶縁破膜、８・・・・・低融点ガラス。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ａ） 綜 第４図 一力　電圧（１’） 第　５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｂｉ＿２Ｏ＿３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。