电压非线性电阻元件及其制法_2

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陶瓷块,例如,在非氧化气氛(例如氮气氛、 氩气氛)下,将氧化锌粉末在1300~1500°C保持数小时而进行烧成。
[0043] ?稀土金属氧化物层12b的制作
[0044] 稀土金属氧化物层12b,可以是一种稀土金属氧化物,也可以是两种以上稀土氧化 物的混合物,也可以以稀土金属氧化物为主成分且包含其他氧化物(例如Cr203、MnO、C〇0、 2]1〇、3;[02等)作为副成分。稀土金属氧化物层12b仅为稀土金属氧化物的情况下,例如,可 以以稀土金属氧化物作为靶,在氧化锌陶瓷层12a上通过溅射形成稀土金属氧化物层12b。 除了溅射以外,还可以采用真空蒸镀、离子镀等。或者,也可以将含有稀土金属氧化物粉末 的糊剂涂布于氧化锌陶瓷层12a,使其干燥,以比较低的温度(例如200~700°C,优选为 200~500°C)进行热处理,形成稀土金属氧化物层12b。另一方面,稀土金属氧化物层12b 含有副成分的情况下,除稀土金属氧化物之外也可以将副成分作为靶使用,通过多元同时 溅射在氧化锌陶瓷层12a上形成稀土金属氧化物层12b。或者,也可以将除稀土金属氧化物 粉末之外还含有副成分的粉末的糊剂涂布于氧化锌陶瓷层12a,使其干燥,以比较低的温度 进行热处理,形成稀土金属氧化物层12b。热处理时,由于温度比较低,因此几乎没有氧化锌 陶瓷层12a受热的影响而使体积电阻率上升的可能性,而溅射时,可以以更低的温度处理, 因此能够确实地回避这样的可能性。
[0045] ?电极16、18的制作
[0046] 在本实施方式,电阻体14具有一个将氧化锌陶瓷层12a与稀土金属氧化物层12b 接合而成的接合体12。电极16、18,可以通过在该电阻体14的两面蒸镀或溅射电极材料来 制作。作为电极材料,可以列举金、银、铂、铝等。或者,也可以准备板状的电极16、18,将它 们介由导电性接合材接合于电阻体14的各面。
[0047] 根据如上详述的电压非线性电阻元件10,在以电极16作为阳极而施加电压时显 示出电压非线性,可以将高电流区域(例如使20A/cm2的电流流过时)中的钳位电压与以 往相比抑制得低。结果,即使例如因静电导致大电流流过电压非线性电阻元件10,也可以将 电压的上升抑制得小,能够防止发生元件自身的绝缘击穿。
[0048] 予以说明的是,本发明不受上述实施方式的任何限定,不言而喻,只要属于本发明 的技术范围,能够以各种方式实施。
[0049] 例如,上述电压非线性电阻元件10中,在具有一个接合体12的电阻体14的两面 设置了电极16、18,但也可以使用层叠有多个接合体12的电阻体来代替电阻体14。通过使 用这样的层叠型电阻体,能够控制压敏电阻电压,能够得到与用途相适应的压敏电阻电压 的电压非线性电阻元件。在图2~图5示出使用了层叠型电阻体的示例。
[0050] 图2所示的电压非线性电阻元件30,在将两个接合体12介由导体层33层叠并接 合的层叠型电阻体34的两面设置了电极16、18。电阻体34中,介于邻接的氧化锌陶瓷层 12a彼此之间存在稀土金属氧化物层12b和导体层33。电阻体34的制造例如下所示。首 先,准备两个接合体12,使一个接合体12的氧化锌陶瓷层12a与另一个接合体12的稀土金 属氧化物层12b互相面对,在其间夹着作为导体箔的焊料(例如Au-Ge合金箔、Au-Sn合金 箔、Au-Si合金箔等)并叠加,对它们加压从而一体化。将其在非活性气氛中升温至规定的 接合温度(例如300~700°C、优选为300~500°C),保持规定时间后进行降温。由此,焊 料在溶融或软化后固化而成为导体层33,因而能够得到电阻体34。根据电压非线性电阻元 件30,可以得到与上述元件10同样的效果。此外,由于使用了层叠有两个接合体12的电阻 体34,因此与实施例1的电压非线性电阻元件10相比,能够使钳位电压为约2倍。进一步, 作为氧化锌陶瓷层12a,在使用了通过向氧化锌陶瓷中大量添加掺杂剂(3价离子)或在非 活性气氛进行热处理并大量形成氧缺陷而低电阻化了的氧化锌陶瓷层时,若接合温度过高 (例如900°C、1000°C),有时会析出掺杂剂或氧缺陷消失,导致电阻增大,但在此,由于使接 合温度为700°C以下,优选为500°C以下,因此能够维持氧化锌陶瓷层12a的低电阻。
[0051] 图3所示的电压非线性电阻元件130,在分别将三个接合体12介由导体层33层叠 并接合的电阻体134的两面设置了电极16、18。电阻体134中,介于邻接的氧化锌陶瓷层 12a彼此之间,存在稀土金属氧化物层12b和导体层33。由于基本结构、所得到的效果与图 2的电压非线性电阻元件30相同,因此在此省略详情。但由于元件130使用了层叠有三个 接合体12的电阻体134,因此与实施例1的电压非线性电阻元件10相比,能够使钳位电压 为约3倍。
[0052] 图4所示的电压非线性电阻元件40,在将两个接合体12介由导体层43层叠并接 合的层叠型电阻体44的两面设置了电极16、18。电阻体44中,介于邻接的氧化锌陶瓷层 12a彼此之间,存在稀土金属氧化物层12b、导体层43和稀土金属氧化物层12b。电阻体44 的制作例如下所示。首先,准备两个接合体12,使一个接合体12的稀土金属氧化物层12b 和另一个接合体12的稀土金属氧化物层12b互相面对,在其间夹着上述焊料并叠加,对它 们加压从而一体化。然后,与电压非线性电阻元件30的情况同样,通过在非活性气氛中进 行热处理,焊料在溶融或软化后固化而成为导体层43,因此能够得到电阻体44。根据电压 非线性电阻元件40,在以电极16和电极18中的任一个作为阳极施加电压的情况下,都显示 出电压非线性,此时的钳位电压与实施例1的电压非线性电阻元件10几乎相同。进一步, 根据与电压非线性电阻元件30同样的理由,能够维持氧化锌陶瓷层12a的低电阻。
[0053] 图5所示的电压非线性电阻元件140,在分别将两个接合体12和一个3层结构的 接合体42介由导体层43接合的层叠型电阻体144的两面设置了电极16、18。电阻体144 中,介于邻接的氧化锌陶瓷层12a彼此之间,存在稀土金属氧化物层12b、导体层43和稀土 金属氧化物层12b。电阻体144的制作例如下所示。首先,准备两个接合体12。此外,在氧 化锌陶瓷层12a的两面形成稀土金属氧化物层12b,形成3层结构的接合体42。然后,在第 一个接合体12的稀土金属氧化物层12b与3层结构的接合体42的一个稀土金属氧化物层 12b之间夹持上述焊料,在3层结构的接合体42的另一个稀土金属氧化物层12b与第二个 接合体12的稀土金属氧化物层12b之间夹持上述焊料,在该状态下对它们加压从而一体 化。然后,与电压非线性电阻元件30的情况同样,通过在非活性气氛中进行热处理,焊料在 溶融或软化后固化而成为导体层43,因此能够得到电阻体144。根据电压非线性电阻元件 140,在以电极16和电极18中的任一个作为阳极施加电压的情况下,都显示出电压非线性, 此时的钳位电压与实施例1的电压非线性电阻元件10相比为约2倍。
[0054] 在上述图2~图5的实施方式中,介由导体层33、43接合了多个接合体12,但也可 以在接合时不使用焊料而直接将接合体12彼此接合。在该情况下也优选将接合体12彼此 在比较低的温度(例如300~700°C,优选为300~500°C)接合。
[0055]实施例[0056][实施例1]
[0057] 在氧化锌(平均粒径1.5ym)中添加0. 1质量%的0氧化铝(平均粒径 0. 02ym),进行湿式混合后,蒸发干燥,使其通过网眼尺寸为75ym的筛后,将其成形。将成 形体脱脂后,在N2气氛,在1100°C保持5小时后,进一步升温至1400°C,进行5小时的烧成, 制作氧化锌陶瓷块。该氧化锌陶瓷块的体积电阻率是9. 0X10_3Qcm。将得到的氧化锌陶瓷 块切割出10mmX10_X1mm的板状,得到氧化锌陶瓷薄板。将该薄板的表面研磨、清洗后, 使用氧化镨(Pr203)作为靶,进行高频等离子溅射,在氧化锌陶瓷薄板的表面成膜氧化镨的 溅射膜(厚度〇. 3ym),得到接合体。对于溅射,使用ULVAC机工制的RFS-200。成膜条件 如下所示。靶尺寸:直径80mm,RF输出功率:20W,气压(Ar) :2.OPa,成膜时间:15分钟。
[0058] 将得到的接合体直接用作电阻体,在电阻体的两面设置A1蒸镀电极,得到电压非 线性电阻元件(参照图1)。对该电压非线性电阻元件的两个电极施加电压,测定电流-电 压特性。予以说明的是,以设置于氧化锌陶瓷薄板侧的电极作为阳极,设置于氧化镨的溅射 膜上的电极作为阴极。将测定结果示于表1以及图6中。相当于ImA/cm2的电流值时的钳 位电压为3. 2V,相当于20A/cm2的电流值时的钳位电压为5. 4V。
[0059]表1
[0060]
[0061] *1相当于ImA/cm2的电流值时的钳位电压
[0062] *2相当于20A/cm2的电流值时的钳位电压
[0063][实施例2]
[0064] 除了在氧化锌中混合了 1质量%的0氧化铝以外,与实施例1同样地操作,制作 氧化锌陶瓷块。该氧化锌陶瓷块的体积电阻率为9. 3X1(T4Qcm。将该氧化锌陶瓷块切割 出10_X10_X1mm的板状,作为氧化锌陶瓷薄板,使用该薄板与实施例1同样地制造了接 合体。将得到的接合体直接用作电阻体,在电阻体的两面设置A1蒸镀电极,形成电压非线 性电阻元件。对该电压非线性电阻元件的两个电极,与实施例1同样地施加电压,测定电 流-电压特性。将测定结果
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