[發明專利]暫態過電壓保護元件的材料

有效

• 申請號: 01110266.7
• 申請日: 2001-04-05
• 公開（公告）號: CN1378218A
• 公開（公告）日: 2002-11-06
• 發明（設計）人: 李俊遠
• 申請（專利權）人: 佳邦科技股份有限公司
• 主分類號: H01C7/105
• 分類號: H01C7/105;H01C7/108
• 代理公司: 隆天國際專利商標代理有限公司
• 代理人: 陳紅,潘培坤

本發明涉及一種暫態過電壓保護元件的材料，特別涉及一種低崩潰的暫態過電壓保護元件的材料。

常見的氧化鋅變阻器的材料及其結構，是以氧化鋅與B、Bi、Ba、Sr、Pb、Pr、Co、Mn、Sb或Cr等氧化物或其混合材料所構成，氧化鉍等乃是在氧化鋅的粒子間形成一結晶層，此種材料的結構要求是將材料密度制作成接近理論密度的結構，一般是在理論密度的90％以上，是一種商品化的產品，但此種元件卻具備高電容值的缺點。晶體分界層在電性能的表現上類似一種電容器，因此這種材料所制成的變阻器具備較高的電容值，不適用于高頻的電路中，這是此種變阻器的一項重大的缺點。本發明的暫態過電壓保護元件的材料，仍屬于粉體松散堆積結構，因此如果使用相同的材料組成及相同的元件設計，也因屬于粉體松散堆積結構，而具備較低的電容值與漏電流，因此能適用于高頻的電路及天線中。

氧化鋅變阻器的崩潰電壓與兩電極之間的氧化鋅晶粒數量有關，氧化鋅晶粒間存在一層結晶層，此結晶層為氧化鉍等氧化物，一般稱為富鉍區，氧化鋅與富鉍區間形成一非線性電阻界面，或稱為P-N界面或稱為Schottky?barrier(肖特基勢壘)，如果從電極的一端到另一端，以N表示氧化鋅半導體，以P表示富鉍區，因此變阻器的P-N結構可表示為E-P-N-P-N-……-N-P-N-P-E，其中，E為導體電極，每個P-N-P界面皆存在一崩潰電壓Vb1，假設電極間總共存在數個P-N-P界面，崩潰電壓Vb可描述為Vb1的總和。

先前的發明，目前尚在申請的專利案中，其對材料的描述為具備P-N界面的粉體以松散堆積的材料結構，若以N型半導體包覆P型半導體所構成的P-N界面的粉體為例，具有P-N界面的粉體可以簡稱為PN粉體，元件的兩電極間存在數個PN粉體，以P表示P型半導體，以N表示N型半導體，因此電極間的P-N結構可表示為

E-P-N-P-S-P-N-P-……-P-N-P-S-P-N-P-E

其中，P-N-P代表一顆粉體，S表示粉體與粉體之間的間隔層，S可以是空氣或玻璃的絕緣體，其間的崩潰電壓以Vs表示，也可以因晶粒與晶粒接觸而使得S層不存在，每個P-N-P存在一崩潰電壓Vb2，電極間由數個晶粒所組成，因此元件的崩潰電壓Vb可表示為Vb2的總和加上Vs的總和。

過去發表的一些過電壓保護元件的材料，如曾經在美國專利US?Pat.4,726,991發表一種材料，其材料結構為導體或半導體粉末被覆一層絕緣層，此絕緣層的厚度小于數百埃(angstroms)的厚度，此種材料結構在實用上具備一些缺點，首先，絕緣層的厚度僅在數百埃之內，此厚度在制造中控制難度極高，當被覆的絕緣層厚度太薄時，易造成元件的短路，當絕緣層厚度稍厚，卻又會提高崩潰電壓，這是使用絕緣層被覆在導體或半導體粉末表面的缺點。

同樣屬于被覆型材料，美國專利US?Pat.5,294,374號發表一種材料，其材料結構為導體粉末被覆一層絕緣層與沒有被覆的半導體的混合物，其被覆厚度介于70埃與1微米之間，其被覆層材料可以用半導體，基本上，這些材料都是以絕緣材料或半導體材料阻斷電流的通過，而達到高電阻的目的，但被覆層的厚度直接影響元件的崩潰電壓，因此厚度的均勻性十分重要。

各種導體粉末、半導體粉末或非導體粉末均勻混合在含有結合劑的材料的可變電阻材料，已有多篇在美國專利文獻中被發表，其專利號碼分別為3,685,026、3,685,028、4,977,357、5,068,634、5,260,848、5,294,374、5,393,596及5,807,509等，這些材料的結構的粉末本身并無非線性電阻的特性，其崩潰特性的發揮在于這些粉末的組成，因此原理不同于本發明所敘述的內容。

本發明的目的在于提供一種暫態過電壓保護元件的材料，其是混合至少兩種粉體材料，其中一種為具有非線性電阻界面，P-N界面及Schottkybarrier均屬于非線性電阻界面，另一種為導體粉體，通過均勻混合這些粉體和適當的接合劑，使這些粉體以松散堆積的方式所構成的結構，因此電極間的P-N界面的總數因導體存在而減少，因此降低元件的崩潰電壓。

為實現上述目的，本發明提出一種暫態過電壓保護元件的材料，其主要是均勻混合至少一種以上的粉體材料，此粉體材料具備非線性電阻界面，將此粉體材料填入元件的兩電極之間，使元件的兩電極間具備非線性電阻特性。

所述的暫態過電壓保護元件的材料，其非線性電阻界面的粉體材料，其可為氧化鋅粉體與含B、Bi、Ba、Si、Sr、Pb、Pr、Co、Mn、Sb或Cr等氧化物所形成的界面。