143535. lajstromszámú szabadalom • Feszültségtől függő (ún. nem lineáris) ellenállástest és eljárás annak előállítására
Megjelent: 1957. augusztus hó 1-én. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 143.535. SZÁM 21. c. 54~56. OSZTÁLY - Lu~72. ALAPSZÁM Feszültségtől függő (ún. nem-lineáris) ellenállástest és eljárás annak előállítására A Magyar Állam, mint a feltalálók dr. Lukács József és Bogoly István gépészmérnökök, budapesti lakosok jogutódja A bejelentés napja: 1954. október 26. Túlfeszültségek levezetésére tuvalevőleg rendszerint feszültségtől függő ellenállású, úgynevezett nem-lineáris jellegű, ellenállástesteket szokás használni, melyek alapanyaga sziliciumkarbid. Az ilyen ellenállástestek ohmikus ellenállásának értéke a rájuk ható feszültség emelkedésekor a feszültségnek mintegy harmadiktól ötödikig terjedő hatványával arányosan csökken, és ez az ellenálláscsökkenés igen gyorsan, kb. egy mikramásodpercen belül, megy végbe. Az ilyen ellenállás testekre általában bizonyos tartományon belül az U = k I" összefüggés érvényes, ahol is „U" a feszültséget, „I" az áramot, „h" pedig az anyagra jellemző állandót jelenti, mely utóbbi tehát az ellenállástest nem-lineáris tulajdonságára, azaz feszültségfüggőségére, jellemző érték. Ezzel összefüggésben megjegyzendő, hogy a szilicium-karbidkristályok kristálytestének anyaga lineáris ellen álláskarakterisztikájú és fajlagos ellenállása, azaz az egy cm élhosszúságú kocka egymással szemközti lapjai közt mért ellenállás, csak kb. 1 Ohm. E kristályok nem-lineáris ellenálláskarakterisztikája a kristályok igen vékony, csak mintegy 10"6 cm vastagságú, felületi rétegének jelenléte folytán áll fenn, mely réteg félvezető tulajdonságokkal rendelkezik és fajlagos ellenállása (a centiméterkocka ellenállása) kb. 1(T6 —10 8 Ohm. A feszülteégtől függő (nem-lineáris) ellenállástestek jóságát tudvalevőleg úgynevezett nyelőképességük, azaz azoknak a villamos áramimpulzusoknak száma („n") jellemzi, amelyeket az ellenállástest adott értékű maximális áramerősség (pl. 5000 Amp.) és adott hullámalak, pl. 20 mikrosec. homlokidő és 40 mikrosec. félértékidő, röviden 20/40-es hullám, mellett sérülése nélkül elvisel. Ismeretes már feszültségtől függő ellenállású ellenállástestek oly módon történő előállítása, hogy sziliciumkarbidport egy vagy több poralakú adalékanyaggal kevernek össze és e keveréket nagy nyomással, adott esetben melegen, alaktestekké sajtolják. Adalékanyagokként úgy hydraulikus kötőanyagok, pl. gipsz vagy cement, mint thermoplasztikus kötőanyagok, pl. üvegpor, valamint a vezetőképességet növelő anyagok, pl. fémpor vagy grafitpor használata ismeretes. Ismeretes továbbá az is, hogy a sajtolt alaktestek felületét az átütéssel szembeni ellenállóképességük megnövelése céljából szigetelőbevonattal, pl. üvegből, csillámporból, vagy lakkból készített bevonattal lehet ellátni, valamint hogy a kész ellenállástesteket villamos tulajdonságaik stabilizálása céljából erős áramlöseknek rajtuk való átvezetésével lehet kezelni. A találmány célja feszültségtől függő ellenállású, olyan ellenállástest létrehozása, mely sziliciumkarbidból, mint alapanyagból és legalább egy adalékanyagból áll és melynek az eddig ismereteseknél lényegesen kedvezőbb tulajdonságai vannak. A találmány azon a felfedezésen alapszik, hogy léteznek bizonyos olyan félvezetők, melyek adalékanyagként alkalmazva képesek arra, hogy megfelelő feltételek mellett a sziliciumkarbidkristályok félvezető felületi rétegébe bediffundáljanak és ezáltal az ellenállástest nem-lineáris jellegét, azaz feszültséglüggőségét megjavítsák, illetve fokozzák. A találmány szerint tehát adalékanyagként olyan anyagokat vagy anyagkeverékeket kell alkalmazni, melyek az alanti négy követelménynek felelnek meg: a) képesek1 arra, hogy a sziliciumkarbidkristályok félvezető felületi rétegébe thermikusan bediffundáljanak és b) ezáltal e réteg nem-lineáris sajátságait megjavítsák, c) félvezetők, melyek fajlagos villamos vezetőképessége a sziliciumkarbidkristályok félvezető felületi rétegének fajlagos villamos vezetőképességénél legalább egy nagyságrenddel nagyobb, azaz annak legalább tízszerese. d) thermoplasztikusak, hogy kötőanyagként hathassanak.
