Verfahren zur Herstellung von nichtlinearen SiC-Halbleiterwiderständen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nichtlinearen SiC-Halbleiterwiderständen
mit in eine keramische Masse eingebetteten SiC-Teilchen und Teilchen aus leitendem
Material durch Zusammensintern der Komponenten in einer inerten Atmosphäre liebst
nachfolgender Teiloxydation bzw. Teilverbreunung der Teilchen aus leitendem Material
in einem oxydierenden Gas zur Einstellung des gewünschten Widerstandswertes, wobei
die Dichte der Teilchen aus leitendem Material, von der dem oxydierenden Gas ausgesetzten
Oberfläche des Widerstandsrohlings ausgehend, nach innen hin zunimmt.Process for the production of non-linear SiC semiconductor resistors
The invention relates to a method for producing non-linear SiC semiconductor resistors
with SiC particles embedded in a ceramic mass and particles of conductive
Love material by sintering the components together in an inert atmosphere
subsequent partial oxidation or partial scattering of the particles made of conductive material
in an oxidizing gas to set the desired resistance value, wherein
the density of the particles of conductive material exposed to the oxidizing gas
Starting from the surface of the resistor blank, it increases towards the inside.
Bei bekannten Verfahren der erwähnten Art werden JIC-Teilchen und
Teilchen aus leitendem Material zur Herstellung eines Widerstandsrohlings in solchen
Anteilen gemischt, daß der Widerstandsrohling bereits vor einer Teiloxydation bzw.
Teilverbrennung der Teilchen aus leitendem Material einen in etwa dem fertigen Widerstand
entsprechenden Widerstandswert aufweist. Das nachfolgende Ausbrennen der Teilchen
aus leitendem Material erfolgt nur zum Zwecke einer Korrektur dieses für den fertiggestellten
Widerstand angestrebten Widerstandswertes. Bei der Durchführung eines derartigen
Verfahrens bestand bisher ein technisches Vorurteil dahin gehend, daß ein Gradient
der Teilchendichte in dem Material des fertiggestellten Widerstandes als ungünstig
angesehen wurde.In known methods of the type mentioned, JIC particles and
Particles of conductive material for the production of a resistor blank in such
Mixed proportions so that the resistor blank is already partially oxidized or partially oxidized.
Partial combustion of the particles of conductive material around the finished resistor
has a corresponding resistance value. The subsequent burnout of the particles
of conductive material is done only for the purpose of correcting this for the finished one
Resistance desired resistance value. When performing such a
Process was previously a technical prejudice that a gradient
the particle density in the material of the finished resistor as unfavorable
was viewed.
Es hat sich nun erwiesen, daß bei nach dem Stande der Technik hergestellten
Widerständen im Betrieb eine "leichmäßige Stromdichte im Widerstand nicht erzielbar
ist, da sich im Mittelpunkt des Widerstandskörpers die größte Erwärmung und damit
ein höherer Widerstand als in solchen Volumenelementen einstellt, welche der umgebenden
Atmosphäre oder Anschlußelektroden benachbart sind und somit ihre Wärme besser abstrahlen
können. Die Höchstbelastung des Widerstandes Hängt daher im wesentlichen von der
verhältnismäßig niedrigen Maximalbelastung der zentralen Volumenelemente des Widerstandskörpers
ab.It has now been found that manufactured according to the prior art
Resistors in operation a "moderate current density in the resistor cannot be achieved
is, because the center of the resistance body is the greatest heating and thus
a higher resistance than in those volume elements which the surrounding
Atmosphere or connection electrodes are adjacent and thus better radiate their heat
can. The maximum load of the resistor therefore depends essentially on the
relatively low maximum load on the central volume elements of the resistance body
away.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines demgegenüber
verbesserten Widerstandes, welcher bei einem vorgegebenen Volumen des Widerstandskörpers
mit einer höheren Verlustleistung als bekannte Widerstände belastet «erden kann.
Erreicht wird dies dadurch, daß dem Ausgangsgemisch leitende Teilchen in einer solchen
Menge zugesetzt werden, daß der spezifische Widerstand des verfestigten Körpers
vor der Oxydation gleich dem der leitenden Teilchen ist und der spannungsabhängige
Widerstandswert ausschließlich durch Oxydieren der leitenden Teilchen eingestellt
wird. Ent,:egen dein nach dem Stande der Technik herrschenden Vorurteil, nach dem
ein Gradient der Teilchendichte in dem Widerstandskörper als ungünstig angesehen
wird, arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren bewußt auf eine unterschiedliche Teilchendichte
innerhalb des Volumens des Widerstandskörpers hin, um dafür bei Betriebstemperatur
eine möglichst gleichmäßige Stromdichte im Widerstand zu erzielen. Während nach
dem bekannten Verfahren eine nicht näher definierte Menge an leitenden Teilchen
zugesetzt wird und deshalb bei der Oxydation Bereiche höheren und niedrigeren Widerstandes
in unkontrollierter Weise abwechseln, wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
so viel an leitender Substanz zugegeben, daß der Körper vor dem Oxydieren noch gar
kein spannungsabhängiges Verhalten zeigt. Durch die Intensität des Brennens kann
dann ein definierter Widerstandswert eingestellt werden, wobei das Innere des Körpers
am längsten den kleinsten Widerstand behält und dort im Betrieb dann auch die kleinste
Wärmemenge frei wird.The purpose of the present invention is to provide an opposite
improved resistance, which at a given volume of the resistance body
loaded with a higher power dissipation than known resistors «.
This is achieved by having conductive particles in the starting mixture
Amount to be added that the specific resistance of the solidified body
before oxidation is equal to that of the conductive particles and the voltage-dependent one
Resistance value adjusted solely by oxidizing the conductive particles
will. Ent,: egen your prevailing prejudice according to the state of the art, according to the
a gradient of the particle density in the drag body is considered to be unfavorable
the method according to the invention works deliberately on a different particle density
within the volume of the resistor body in order for it to be at operating temperature
to achieve a current density in the resistor that is as uniform as possible. While after
the known method an unspecified amount of conductive particles
is added and therefore areas of higher and lower resistance during oxidation
alternate in an uncontrolled manner, according to the method according to the invention
so much conductive substance is added that the body is still completely through before it is oxidized
shows no voltage-dependent behavior. Due to the intensity of the burning can
then a defined resistance value can be set, taking the inside of the body
retains the smallest resistance longest and then also the smallest there during operation
Amount of heat is released.
Gemäß einer besonderen Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist ein Widerstandsrohling vor dem Sintervorgang aus folgenden Anteilen zusammengesetzt
67 bis 69 °/o SiC von 0,1 mm mittlerem Durchmesser als Halbleiter, 25,4 bis 23,3
°/o Keramikmaterial, 7,6 bis 7,70/, Graphit als leitendes Material.
Verfahrensbeispiel
Aus einem Materialgemisch mit den vorangehend erwähnten prozentualen Stoffgehalten
wird ein Rohling in Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von 20 mm und einer
Dicke von 1 mm gepreßt. Der Rohling wird bei 1250 ± 5° C in einer Wasserstoffatmosphäre
1 Stunde lang belassen und dann in einer oxydierenden Atmosphäre bei einer Gaszufuhr
von 101/min sowie einer Temperatur von 500 bis 900°C behandelt. Die Widerstände
zeigten eine wesentlich höhere spezifische Belastbarkeit als bekannte Widerstände.According to a particular embodiment of the method according to the invention
a resistor blank is composed of the following parts before the sintering process
67 to 69% SiC with an average diameter of 0.1 mm as semiconductor, 25.4 to 23.3
° / o ceramic material, 7.6 to 7.70 /, graphite as the conductive material.
Process example
From a material mixture with the aforementioned percentage substance contents
becomes a blank in the form of a disc with a diameter of 20 mm and a
Pressed to a thickness of 1 mm. The blank is at 1250 ± 5 ° C in a hydrogen atmosphere
Left for 1 hour and then in an oxidizing atmosphere with a gas supply
of 101 / min and a temperature of 500 to 900 ° C. The resistances
showed a significantly higher specific load capacity than known resistors.