[发明专利]可变电阻陶瓷和含该可变电阻陶瓷的多层构件以及该可变电阻陶瓷的制备方法

说明书

本发明涉及一种权利要求1的可变电阻陶瓷。

可变电阻陶瓷的普遍性问题是达到低介电常数(ε_r)。同时应确保在高电流范围(ESD, 8/20)中足够高的开关强度下的高非线性和低漏电流。

该目的是通过权利要求1的可变电阻陶瓷以及含该可变电阻陶瓷的多层构件和该可变电阻陶瓷的制备方法实现的。该可变电阻陶瓷的其它实施方案列于其它权利要求。

可变电阻是与电压有关的电阻，并可用作过电压保护。

本发明的一个实施方案涉及一种可变电阻陶瓷，其包含下列材料：

-  Zn作为主组分，

-  Pr含量达0.1－3原子%，

-  选自Y、Ho、Er、Yb、Lu的金属M，其含量达0.1－5原子%。

在一种实施方案中，M是Y或Lu。

在一种实施方案中，Co的含量为0.1－10原子%，其中该Co优选以Co²⁺存在。

在一种实施方案中，Ca的含量为0.001－5原子%，其中该Ca优选以Ca²⁺存在。

在一种实施方案中，Si的含量为0.001－0.5原子%，其中该Si优选以Si⁴⁺存在。

在一种实施方案中，Al的含量为0.001－0.1原子%，其中该Al优选以Al³⁺存在。

在一种实施方案中，Cr的含量为0.001－5原子%，其中该Cr优选以Cr³⁺存在。

在一种实施方案中，B的含量为0.001－5原子%，其中该B优选以B³⁺存在。

对于数字信号的高传输速率，需要具有高的ESD耐用性和冲击电流稳定性和低电容的多层可变电阻。该低电容是必需的，以尽可能小地影响待传输的信号。

可变电阻的电容由下式表示：

C = ε₀ε_r A/d，  (1)

其中，C为电容，ε₀为真空的介电常数，ε_r为相对介电常数，A为两电极之间的面积，d为电极之间的层厚。

该晶间材料的有效介电常数ε_eff 按Levinson等人(J. Appl. Phys. Vol. 46； No. 3；1975)通以下式表示：

C = ε_effε₀ [A / (z*d)]      (2)

其中C为电容，ε₀为真空的介电常数，z为两电极之间的晶粒-晶粒接触数目，A为电极之间的面积，d为晶粒-晶粒接触的阻挡层厚。

降低多层可变电阻的电容(式(1))的常用方法是通过减小面积A和增大层厚d。但这与多层原理是相反的，因为面积A的减小导致最大的能量可接受性下降，并由此也导致对ESD脉冲而言的冲击电流稳定性以及耐用性降低。

在一种实施方案中，该可变电阻陶瓷包含超出氧化钴和氧化镨的具有低碱性(小的离子半径)的金属M的盐或氧化物的添加剂，如Y³⁺或Lu³⁺ (r_k³⁺=93 pm)。

由此达到该阻挡层的较小的可极化性和阻挡层特性(阻挡层高度和耗尽区的宽度)的控制，以及得到具有每个晶粒-晶粒接触的低电容和同时具有高的非线性和ESD稳定性的可变电阻陶瓷。

通过降低每个晶粒-晶粒接触的电容，在电极之间的相同面积和由此同样好的ESD耐用性和冲击电流稳定性的情况下可得到具有低电容可变电阻构件。

所述优点的细节在实施例中描述。

在一种实施方案中，其阳离子具有较小离子半径(如Y³⁺，Lu³⁺)的金属M的氧化物或盐溶于可变电阻陶瓷中，以致该可变电阻陶瓷每个晶粒-晶粒接触具有低电容。

在一个实施例中，在ZnO中加入镨(0.1－3原子%)以及钴(0.1－10原子%)的氧化物作为掺杂物，并且此外还以氧化物形式加入钙(0.001－5原子%)、硅(0.001－0.5原子%)、铝(0.001－0.01原子%)、铬(0.001－5原子%)，以及为在烧结过程中控制结构形态而以化合物形式加入硼(0.001－5原子%)，和以氧化物形式加入钇(0.1－5原子%)。