Материал для нелинейных резисторов Советский патент 1984 года по МПК H01C7/112 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления нелинейных резисти ных элементов с участком отрицатель ного дифференциального сопротивлени на вольтамперной характеристике(ВАХ которые не содержат р - п-перехода. Известен материал, представляющий собой порошок частично восстановленного оксида металла (Zn, Си, Fe, .РЬ, А: и др.), заполимеризованный в эпоксидной смоле ij . Однако, несмотря на наличие нескольких низкоомных состояний, на ВАХ элементов из этого материала отсутствует участок отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС Известны оксидные стеклообразные материалы для резисторов элементов с ОДС 2 . Однако ВАХ резистивных элементов не являются 5 -образными, т.е. участок ОДС простирается до столь высоких значений тока, при которых происходит деградация элемента. Такой вид ВАХ обусловлен джоулевым нагревом, что затрудняет применение резистйвного элемента на высоких час тотах. Наиболее близким к предлагаемому является материал для нелинейных резисторов, содержащий оксид цинка, оксид висмута и диоксид кремния з Хотя ВАХ элементов из этого материала и имеют участок ОДС, последний не сменяется участком положительного дифференциального сопротивления при увеличении тока, т.е. ВАХ элемента чаще всего не является S -образной. ; Цель изобретения - повышение вос производимости 5 -образной вольтамперной характеристики резисторов. Поставленная цель достигается тем, что материал для нелинейных резисторов, содержащий оксид цинка, оксид висмута и диоксид кремния, содержит указанные компоненты в следующем количественном соотношении, мае.%: Оксид висмута 13,5-67,5 Оксид цинка25-85 Диоксид кремния 1,5-7,5 На чертеже приведена осциллограмма ВАХ резистора, изготовленного из предлагаемого материала.Как следует из графика ВАХ симметрична и имеет 5 -образную форму. В табл. 1 приведены значения указанных на чертеже параметров ВАХ для нелинейных резисторов, изготовленных из нескольких составов предла гаемого материала с opt, min и max содержанием компонентов. V Оценка воспроизводимости ВАХ резисторов производится следующим образом. Снимается ВАХ и по ней определяют ся значения и, 1, U2г ifc (график) Затем эти операции неоднократно повторяются на других образцах того же состава и на том же образце при установлении точечного электрода в ином месте образца. При этом для каждого параметра, например для U, находится среднее арифметическое U,. определяется наибольшее уклонение /и - U,cp/mo(x наибольшее относительное изменение /V - Ufcp/moix/UvpПосле этого сопоставляются такие значения, полученные для всех четырех параметров, как: U;,, Uj , i , ig и по ним выбирается максимальное относительное изменение параметра, которое заносится в табл. 1 и служит мерой воспроизводимости ВАХ.резисторов. Результаты экспериментального исследования резисторов из предлагаемого материала с различным-содержанием компонентов представлены в табл. 2, Воспроизводимость ВАХ резисторов оценивается по максимальному относительному изменению параметра . Повторение процесса формовки на одном и том же образце заявляемого состава при изменении положения верхнего точечного электрода и формовки других образцов идентичного состава показывает, что 5 -образная форма ВАХ хорошо воспроизводится. Наблюдаемая при этом вариация параметров ВАХ и f U, i2 в пределах 10% вызвана рельефностью верхней поверхности исследуемых толстых пленок и другими факторами. При низком содержании оксида цинка ( 10 вес.%) и при его отсутствии 5 -образная ВАХ появляется при формовке не всегда. В подавляющем большинстве случаев после формовки возникает ВАХ с участком отрицательного дифференциального сопротивления, за которым не следует участок с положительным дифференциальным сопротивлением при увеличении тока. В силу этого разброс параметров, описывающих S -образную ВАХ, оказывается значительным. При содержании оксида цинка, превышающем заявляемый предел (85 вес.%), воспроизводимость ВАХ неудовлетворительна или же 5 -ВАХ не удается получить совсем. Как видно из табл. 2, в пределах предлагаемого состава материала для нелинейных резисторов максимальное относительное изменение параметров не превышает 10%, что свидетельствует о хорошей воспроизводимости 5 -образной ВАХ при использовании заявляемого материала. Физической основой формирования S -образной ВАХ при использовании предлагаемого материала является частичное восстановление оксида висмута, которое происходит при формовке.,Наличие оксида цинка регулирует этот процесс, так что обеспечивается образование примесной полосы уровней в зоне локализованных состояний стекла. В результате этого повышается проводимость образца, а на ВАК появляется 5 -образ.ная область.

При выборе содержания компонентов состава вне пределов, указанных в формуле изобретения, резисторы либо совсем -не имеют 5 -образного участка БАХ, либо она плохо воспроизводима. Поэтому для гарантированного получения резистора с 5 -образной БАХ необходимо вводить добавку оксида цинка согласно предложенному составу материала для нелинейных резисторов.

Применение данного материала позволяет получать нелинейные резисторы с участком отрицательного дифференциального сопротивления на 5 -образной вольт-амперной характеристике. Поскольку эти резисторы изготовлены из оксидного материала, их получение по сравнению с элементами из бескислородных материалов менее трудоемко, а электрические параметры гораздо менее чувствительны к кислороду воздуха. Использование в предлагаемом материале оксида цинка позволяет повысить воспроизводимость БАХ резисторов до приемлемых значений.

Описанный материал.для резисторов целесообразно использовать при создании дискретных миниатюрных нелиЭлектрические параметры нелинейных резисторов, изготовленных из предлагаемого материала с opt, min и max содержанием

компонентов

нейных резисторов с участком ОДС на 5 -образной БАХ. Возможно также изготовление из предлагаемого материала нелинейных резисторов в интеграль ном исполнении.

Резисторы с 5 -образной вольтамперной характеристикой из предложенного материала могут быть использованы в твердотельных схемах совместно с дискретными элементами и гибридных интегральных схемах для генерации, переключения и выполнения других преобразований сигналов.

Предлагаемый материал является оксидным, поэтому по сравнению с базовым- более прост в технологическом отношении и не требует специальной защиты от влияния воздушной среды в процессе эксплуатации в резисторах Использование цинка в предложенном количестве позволяет значительно улучшить воспроизводимость 5 -образных вольт-амперных характеристик.

Эффект от использования изобретения при изготовлении резисторов с 5 -образной вольт-амперной характеристикой в дискретном или интегральном исполнении может быть получен за счет упрощения технологии изготовления материала, снижения его вредности, применения более дешевого сырья, снижения затрат на герметизацию резисторов и увеличения выхода годныхэлементов за счет повышения воспроизводимости вольт-амперных характеристик.

Таблица 1

МАТЕРИАЛ ДЛЯ НЕЛИНЕЙНЫХ РЕЗИСТОРОВ,содержащий оксид цинка, оксид висмута и диоксид кремния, отличающийся тем, что, с целью повышения воспроизводимости 5 -образной вольт-амперной характеристики, он содержит указанные компоненты в следующем количественном соотношении, мас.%: Оксид висмута 13,5-67,5 Оксид цинка25-85 Диоксид кремния 1,5-7,5 СО sl

Известный 67,5 54

40,5 27

13,5 Прототип

opt.

Таблица 2