[发明专利]暂态过电压保护元件的材料

说明书

本发明涉及一种暂态过电压保护元件的材料，特别涉及一种低崩溃的暂态过电压保护元件的材料。

常见的氧化锌变阻器的材料及其结构，是以氧化锌与B、Bi、Ba、Sr、Pb、Pr、Co、Mn、Sb或Cr等氧化物或其混合材料所构成，氧化铋等乃是在氧化锌的粒子间形成一结晶层，此种材料的结构要求是将材料密度制作成接近理论密度的结构，一般是在理论密度的90％以上，是一种商品化的产品，但此种元件却具备高电容值的缺点。晶体分界层在电性能的表现上类似一种电容器，因此这种材料所制成的变阻器具备较高的电容值，不适用于高频的电路中，这是此种变阻器的一项重大的缺点。本发明的暂态过电压保护元件的材料，仍属于粉体松散堆积结构，因此如果使用相同的材料组成及相同的元件设计，也因属于粉体松散堆积结构，而具备较低的电容值与漏电流，因此能适用于高频的电路及天线中。

氧化锌变阻器的崩溃电压与两电极之间的氧化锌晶粒数量有关，氧化锌晶粒间存在一层结晶层，此结晶层为氧化铋等氧化物，一般称为富铋区，氧化锌与富铋区间形成一非线性电阻界面，或称为P-N界面或称为Schottky barrier(肖特基势垒)，如果从电极的一端到另一端，以N表示氧化锌半导体，以P表示富铋区，因此变阻器的P-N结构可表示为E-P-N-P-N-……-N-P-N-P-E，其中，E为导体电极，每个P-N-P界面皆存在一崩溃电压Vb1，假设电极间总共存在数个P-N-P界面，崩溃电压Vb可描述为Vb1的总和。

先前的发明，目前尚在申请的专利案中，其对材料的描述为具备P-N界面的粉体以松散堆积的材料结构，若以N型半导体包覆P型半导体所构成的P-N界面的粉体为例，具有P-N界面的粉体可以简称为PN粉体，元件的两电极间存在数个PN粉体，以P表示P型半导体，以N表示N型半导体，因此电极间的P-N结构可表示为

E-P-N-P-S-P-N-P-……-P-N-P-S-P-N-P-E

其中，P-N-P代表一颗粉体，S表示粉体与粉体之间的间隔层，S可以是空气或玻璃的绝缘体，其间的崩溃电压以Vs表示，也可以因晶粒与晶粒接触而使得S层不存在，每个P-N-P存在一崩溃电压Vb2，电极间由数个晶粒所组成，因此元件的崩溃电压Vb可表示为Vb2的总和加上Vs的总和。

过去发表的一些过电压保护元件的材料，如曾经在美国专利US Pat.4,726,991发表一种材料，其材料结构为导体或半导体粉末被覆一层绝缘层，此绝缘层的厚度小于数百埃(angstroms)的厚度，此种材料结构在实用上具备一些缺点，首先，绝缘层的厚度仅在数百埃之内，此厚度在制造中控制难度极高，当被覆的绝缘层厚度太薄时，易造成元件的短路，当绝缘层厚度稍厚，却又会提高崩溃电压，这是使用绝缘层被覆在导体或半导体粉末表面的缺点。

同样属于被覆型材料，美国专利US Pat.5,294,374号发表一种材料，其材料结构为导体粉末被覆一层绝缘层与没有被覆的半导体的混合物，其被覆厚度介于70埃与1微米之间，其被覆层材料可以用半导体，基本上，这些材料都是以绝缘材料或半导体材料阻断电流的通过，而达到高电阻的目的，但被覆层的厚度直接影响元件的崩溃电压，因此厚度的均匀性十分重要。

各种导体粉末、半导体粉末或非导体粉末均匀混合在含有结合剂的材料的可变电阻材料，已有多篇在美国专利文献中被发表，其专利号码分别为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，这些材料的结构的粉末本身并无非线性电阻的特性，其崩溃特性的发挥在于这些粉末的组成，因此原理不同于本发明所叙述的内容。

本发明的目的在于提供一种暂态过电压保护元件的材料，其是混合至少两种粉体材料，其中一种为具有非线性电阻界面，P-N界面及Schottkybarrier均属于非线性电阻界面，另一种为导体粉体，通过均匀混合这些粉体和适当的接合剂，使这些粉体以松散堆积的方式所构成的结构，因此电极间的P-N界面的总数因导体存在而减少，因此降低元件的崩溃电压。

为实现上述目的，本发明提出一种暂态过电压保护元件的材料，其主要是均匀混合至少一种以上的粉体材料，此粉体材料具备非线性电阻界面，将此粉体材料填入元件的两电极之间，使元件的两电极间具备非线性电阻特性。

所述的暂态过电压保护元件的材料，其非线性电阻界面的粉体材料，其可为氧化锌粉体与含B、Bi、Ba、Si、Sr、Pb、Pr、Co、Mn、Sb或Cr等氧化物所形成的界面。