JPH03155602A - Nonlinear voltage resistance element - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、リレー接点の保護、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
素子の静電気に対する保護、カラーテレビブラウン管回
路の放電吸収等の手段として利用されている電圧非直線
性抵抗素子の改良に関する。[Detailed description of the invention] [Object of the invention] (Industrial application field) The present invention is a means for protecting relay contacts, protecting semiconductor elements such as ICs and LSIs against static electricity, and absorbing discharges in color television cathode ray tube circuits. This invention relates to improvements in voltage nonlinear resistance elements used as such.
（従来の技術）
従来の電圧非直線性抵抗素子（以下バリスタと称する）
として、基板上に形成された第１の電極層と、第１の電
極層上に形成されたＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する層と
、Ｚｎ０層又はＺｎ○を含有する層上に形成された例え
ば酸化コバルト及び酸化プラセオジムから成る金属酸化
物層と、金属酸化物層上に形成された第２の電極層とを
有している構造が知られている。ＺｎＯ層又はＺ ｎ、
０を含有する層と金属酸化物層との界面には電位障壁
が形成され、この電位障壁によってバリスタ電圧が決定
されるが、このような構造のバリスタでは、そのバリス
タ電圧は５ｖ程度であることが知られている。(Prior art) Conventional voltage nonlinear resistance element (hereinafter referred to as varistor)
For example, a first electrode layer formed on a substrate, a ZnO layer or a ZnO-containing layer formed on the first electrode layer, and a ZnO layer or a Zn○-containing layer formed on the first electrode layer. A structure having a metal oxide layer made of cobalt oxide and praseodymium oxide and a second electrode layer formed on the metal oxide layer is known. ZnO layer or Zn,
A potential barrier is formed at the interface between the layer containing 0 and the metal oxide layer, and the varistor voltage is determined by this potential barrier, but in a varistor with this structure, the varistor voltage is approximately 5V. It has been known.
しかしながら、近年において電子機器の小型軽量化に加
えて高性能化が求められており、広い範囲の値のバリス
タ電圧が要求されてきている。このため数々の研究開発
が行なわれてきており、バリスタ電圧の値を広い範囲で
可変にするためには前記ＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する
層及び金属酸化物層を順次多層化して積層することによ
り対処しているのが現状である。However, in recent years, electronic devices have been required to have higher performance in addition to being smaller and lighter, and varistor voltages with a wide range of values have been required. For this reason, numerous research and developments have been carried out, and in order to make the value of the varistor voltage variable over a wide range, the ZnO layer or the ZnO-containing layer and the metal oxide layer are sequentially multilayered and laminated. The current situation is that we are dealing with it.
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら従来のバリスタでは、広い範囲の値のバリ
スタ電圧を得るためにはＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する
層及び金属酸化物層を多層化しなければならないので、
工程数が増加し歩留りも低下し、かつ製造コストの増加
が避けられないという問題がある。(Problem to be Solved by the Invention) However, in the conventional varistor, in order to obtain a varistor voltage in a wide range of values, it is necessary to have a multilayer ZnO layer or a layer containing ZnO and a metal oxide layer.
There are problems in that the number of steps increases, the yield decreases, and an increase in manufacturing costs is unavoidable.
本発明は以上のような問題に対処してなされたもので、
従来問題を解決することができる電圧非直線性抵抗素子
を提供することを目的とするものである。The present invention has been made in response to the above-mentioned problems.
It is an object of the present invention to provide a voltage nonlinear resistance element that can solve the conventional problems.
口発明の構成］
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するために本発明は、基板上に形成され
た第１の電極層と、前記第１の電極層上に少なくとも１
対のＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する層と金属酸化物層と
により形成された複合層を有し、前記複合層の最上部に
第２の電極層を形成して成る電圧非直線性抵抗素子にお
いて、前記ＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する層のドナー密
度を５ Ｘ １０１６ｃｍ−３乃至５ Ｘ １０１９ｃ
ｍ−３としたことを特徴とするものである。Configuration of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a first electrode layer formed on a substrate, and at least one electrode layer on the first electrode layer.
A voltage nonlinear resistance element comprising a composite layer formed of a pair of ZnO layers or a layer containing ZnO and a metal oxide layer, and a second electrode layer formed on the top of the composite layer. , the donor density of the ZnO layer or the layer containing ZnO is 5 x 1016 cm-3 to 5 x 1019 cm
It is characterized by being set to m-3.
（作 用）
金属酸化物層と接するＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する層
を５ Ｘ １０１６ａｍ−’乃至５ Ｘ １０１９ａｍ
づの範囲のドナー密度を有するように形成することによ
り、ＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する層及び金属酸化物層
を多層化することなく広い範囲の値のバリスタ電圧を得
ることができる。従って工程数が増加したり歩留りの低
下を防止でき、また製造コストの増加を避けることがで
きる。(Function) The ZnO layer or ZnO-containing layer in contact with the metal oxide layer is 5 x 1016 am-' to 5 x 1019 am
By forming the varistor to have a donor density in a wide range of values, it is possible to obtain a varistor voltage in a wide range of values without using a multilayer ZnO layer or a layer containing ZnO and a metal oxide layer. Therefore, an increase in the number of steps and a decrease in yield can be prevented, and an increase in manufacturing costs can also be avoided.
（実施例） 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図は本発明の電圧非直線性抵抗素子（バリスタ）の
実施例を示す断面図で、１はガラス、アルミナ（Ａｌ
２０３ ）等から成る基板で、この基板１上にはＡｕ、
Ｎｉ等から成る第１の電極層２が形成されている。また
この第１の電極層２上にはＺｎＯ層又はＺｎＯを含有す
る層から成る酸化物層３が形成され、この酸化物層３は
５×１０１６ｃｍ−３乃至５ Ｘ １０１９ａｎ−３の
ドナー密度を有するように形成されている。更にこの酸
化物層３上には例えば酸化コバルト及び酸化プラセオジ
ムから成る金属酸化物層４が形成されている。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the voltage nonlinear resistance element (varistor) of the present invention, and 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the voltage nonlinear resistance element (varistor) of the present invention.
203), etc., and on this substrate 1 are Au,
A first electrode layer 2 made of Ni or the like is formed. Further, an oxide layer 3 consisting of a ZnO layer or a layer containing ZnO is formed on the first electrode layer 2, and this oxide layer 3 has a donor density of 5 x 1016 cm-3 to 5 x 1019 an-3. It is formed to have. Further, on this oxide layer 3, a metal oxide layer 4 made of, for example, cobalt oxide and praseodymium oxide is formed.
５はこの金属酸化物層４上に形成されたＡｕ。5 is Au formed on this metal oxide layer 4.
Ｎｉ等から成る第２の電極層である。酸化物層３の金属
酸化物層４との界面には電位障壁３ａが形成される。This is a second electrode layer made of Ni or the like. A potential barrier 3a is formed at the interface between the oxide layer 3 and the metal oxide layer 4.
次に本実施例バリスタの製造方法について説明する。Next, a method for manufacturing the varistor of this embodiment will be explained.
先ず基板１として例えばガラス基板を用意し、この基板
１上に第１の電極層２をＮｉを蒸着法によって０．５μ
ｍ程度の厚さに形成する。次にＺｎＯにＡｌ２Ｏ３を添
加した焼結体をターゲットとして、Ａｒ（アルゴン）及
び０２ （酸素）から成る雰囲気中でスパッタリング
法によってＺｎＯを含有する酸化物層３を１．０μｍ程
度の厚さに形成する。このようにターゲットとして用い
るＺｎＯに微量のＡｌ２Ｏ３を添加することにより得ら
れる酸化物層３のドナー密度（ｃｍ−３）を第２図のよ
うに可変することができる。第２図で縦軸はドナー密度
Ｎ ｄ （ｃｍ−３） 、横軸はＡｌ２Ｏ３添加量（ｗ
ｔ％）を示し、雰囲気ガスとしてのＡｒ又は０２導入量
をパラメータにとった場合の特性を示している。First, a glass substrate, for example, is prepared as the substrate 1, and a first electrode layer 2 is formed on this substrate 1 by depositing 0.5μ of Ni by vapor deposition.
It is formed to a thickness of about m. Next, using the sintered body of ZnO and Al2O3 as a target, an oxide layer 3 containing ZnO is formed to a thickness of about 1.0 μm by sputtering in an atmosphere consisting of Ar (argon) and O2 (oxygen). do. In this way, by adding a small amount of Al2O3 to ZnO used as a target, the donor density (cm-3) of the oxide layer 3 obtained can be varied as shown in FIG. In Figure 2, the vertical axis is the donor density N d (cm-3), and the horizontal axis is the amount of Al2O3 added (w
t%), and shows the characteristics when the amount of Ar or 02 introduced as an atmospheric gas is taken as a parameter.
次に酸化コバルト及び酸化プラセオジムから成る焼結体
をターゲットとして同様にスパッタ法によって、酸化コ
バルト及び酸化プラセオジムから成る金属酸化物層４を
０．２μｍ程度の厚さに形成する。続いて金属酸化物層
４上に第２の電極層５をＡｕを蒸着法によって０．５μ
ｍ程度の厚さに形成する。Next, a metal oxide layer 4 made of cobalt oxide and praseodymium oxide is formed to a thickness of about 0.2 μm by sputtering using the sintered body made of cobalt oxide and praseodymium oxide as a target. Subsequently, a second electrode layer 5 is formed on the metal oxide layer 4 by depositing 0.5μ of Au.
It is formed to a thickness of about m.
このようにして製造された第１図のバリスタにおいて、
第１の電極層２に第２の電極層５に対して正方向に電圧
を印加すると、電位障壁３ａは逆方向にバイアスされて
一定電圧を越えた場合に急激に電流が流れ出して非対称
な電圧非直線を示すようになる。In the varistor of FIG. 1 manufactured in this way,
When a voltage is applied to the first electrode layer 2 in the positive direction with respect to the second electrode layer 5, the potential barrier 3a is biased in the opposite direction, and when a certain voltage is exceeded, a current suddenly flows out, resulting in an asymmetrical voltage. It begins to show non-linearity.
次に本実施例によって得られたバリスタの特性について
説明する。Next, the characteristics of the varistor obtained in this example will be explained.
第２図においてターゲットのＡＡ’２０３添加量を０乃
至０．８ （ｗｔ％）の範囲内で変化させた場合、雰囲
気ガスとしてのＡｒ又は０２導入量を調整することによ
り酸化物層３のドナー密度Ｎｄを変えることができる。In FIG. 2, when the amount of AA'203 added to the target is changed within the range of 0 to 0.8 (wt%), the amount of Ar added as an atmospheric gas or the amount of 02 introduced can be adjusted to become a donor for the oxide layer 3. The density Nd can be changed.
例えば０２導入量１％（Ｏ印）に設定すると特性曲線Ａ
のようにほぼ５ Ｘ １０１６ａｎ−３乃至５ Ｘ １
０ Ｌ９ｃｍ−３の範囲にわたってドナー密度Ｎｄを変
えることができる。また０□導入量を０．５（・印）に
設定すると特性曲線Ｂのようにドナー密度Ｎｄを変える
ことができ更に０２導入量を０．１％（△印）に設定す
ると特性ａが得られる。またＡｒのみを導入すると（口
印）特性曲線Ｃのようにドナー密度Ｎｄを変えることが
できる。For example, if the introduction amount of 02 is set to 1% (O mark), the characteristic curve A
Approximately 5 x 1016an-3 to 5 x 1
The donor density Nd can be varied over a range of 0 L9 cm. In addition, if the amount of 0□ introduced is set to 0.5 (mark), the donor density Nd can be changed as shown in characteristic curve B, and if the amount of 02 introduced is set to 0.1% (△ mark), characteristic a can be obtained. It will be done. Furthermore, when only Ar is introduced, the donor density Nd can be changed as shown by the characteristic curve C (marker).
一方、ドナー密度Ｎｄを前記のように
５Ｘ１０’ａｎ−’乃至５ Ｘ １０ ”ａｎ−３の範
囲内で変化させた場合、第３図に示すようにほぼ２（ｖ
）乃至１４（Ｖ）の範囲にわたってバリスタ電圧を変え
ることができる。バリスタ電圧は、素子のＶ−Ｉ特性の
立ち上り電圧で１ｍＡ／ｍｍ２の電流を流した場合の値
を示している。On the other hand, when the donor density Nd is varied within the range of 5X10'an-' to 5 X 10'' an-3 as described above, approximately 2(v
) to 14 (V). The varistor voltage indicates the value when a current of 1 mA/mm 2 is passed at the rising voltage of the V-I characteristic of the element.
このように本実施例によれば、金属酸化物層４に接して
形成するＺｎＯ層又はＺ ｎ、 Ｏを含有する層から成
る酸化物層３のドナー密度を５ Ｘ １０ ”ａｎ−３
乃至５×１０１９ＣＩｎ−３になるように形成すること
により、バリスタ電圧をほぼ２（ｖ）乃至１４（Ｖ）の
広い範囲にわたって得ることができる。これにより酸化
物層及び金属酸化物層を多層化することな（広い範囲内
の値のバリスタ電圧を得ることができるので、工程数の
増加及び歩留りの低下を防止でき、また製造コストの増
加を避けることができる。As described above, according to this embodiment, the donor density of the oxide layer 3 formed in contact with the metal oxide layer 4, which is a ZnO layer or a layer containing Zn, O, is set to 5×10 ” an-3
By forming the varistor to have a value of 5×10 19 CIn-3 to 5×10 19 CIn-3, the varistor voltage can be obtained over a wide range of approximately 2 (V) to 14 (V). This makes it possible to obtain varistor voltages within a wide range of values without increasing the number of oxide layers and metal oxide layers, thereby preventing an increase in the number of steps and a decrease in yield, as well as an increase in manufacturing costs. It can be avoided.
なおドナー密度Ｎｄを５ Ｘ １０ ”ｃｍ−’以下に
設定した場合には、素子が破壊してバリスタとして動作
しないことを確かめた。一方、ドナー密度Ｎｄを５ Ｘ
１０１９ａｎ−’以上に設定した場合には・Ｖ−Ｉ特
性における立ち立り前の領域のリーク電流が大きくなっ
てしまいバリスタとして適さないことを同様に確かめた
。従って前記のような範囲にのみドナー密度Ｎｄを設定
することにより、動作に優れたバリスタが得られること
を確かめた。It was confirmed that when the donor density Nd was set to 5 x 10 "cm-' or less, the device was destroyed and did not function as a varistor. On the other hand, when the donor density Nd was set to 5 x 10" cm -'
It was similarly confirmed that when the value is set to 1019an-' or more, the leakage current in the region before the rise in the VI characteristic increases, making it unsuitable as a varistor. Therefore, it was confirmed that by setting the donor density Nd only within the above range, a varistor with excellent operation could be obtained.
実施例では金属酸化物層の材料としては一例をあげて説
明したが、これに限らず他の材料を用いることもできる
。In the embodiments, one example of the material for the metal oxide layer has been described, but the material is not limited to this, and other materials can also be used.
また実施例では、スパッタリング法による０２導入量と
ＡＩ添加量によりドナー密度Ｎｄをコントロールしたが
、これに限らず他の不純物の添加。Further, in the example, the donor density Nd was controlled by the amount of 02 introduced by the sputtering method and the amount of AI added, but the invention is not limited to this, and other impurities may be added.
他の成膜方法等任意の方法を選ぶことができる。Any method such as another film forming method can be selected.
また、酸化物層３と金属酸化物層４の形成順序を逆にす
ることも可能である。さらに酸化物層３゜金属酸化物層
４を繰り返し積層することも可能である。Moreover, it is also possible to reverse the formation order of the oxide layer 3 and the metal oxide layer 4. Furthermore, it is also possible to repeatedly laminate the oxide layer 3 and the metal oxide layer 4.
［発明の効果］
以上述べたように本発明によれば、金属酸化物層に接し
て形成されるＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する層を５ Ｘ
１０１６ａｎ−３乃至５ Ｘ １０１９ａｍ−３の範
囲のドナー密度を有するように形成したので、ＺｎＯ層
又はＺｎＯを含有する層及び金属酸化物層を多層化する
ことなく工程数の増加及び歩留りの低下を防止でき、ま
た製造コストの増加を避けることができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the ZnO layer or ZnO-containing layer formed in contact with the metal oxide layer is
Since it is formed to have a donor density in the range of 1016 an-3 to 5 x 1019 am-3, the number of steps and the yield decrease can be avoided without increasing the number of ZnO layers or layers containing ZnO and metal oxide layers. This can be prevented, and an increase in manufacturing costs can be avoided.
第１図は本発明の電圧非直線性抵抗素子の実施例を示す
断面図、第２図は本実施例によって得られたＺｎＯ層の
Ａ［２０，添加量及び導入０２ガス濃度とドナー密度と
の関係を示す特性図、第３図は本実施例によって得られ
たドナー密度とバリスタ電圧との関係を
示す特性図である。
１・・・基板、 ２・・・第１の電極層、３
・・・酸化物層
（ＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する層）、３ａ・・・電位
障壁、 ４・・・金属酸化物層、５・・・第２の電極
層、
Ｎｄ・・・酸化物層のドナー密度。
４イ１１叱で■鑓イこ】シクノ跪
＼
第
図
ＡＰ２０ｘ：入力口ｔ （ｗ ｔ ’１０ ）第
図FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the voltage nonlinear resistance element of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the A[20, additive amount, introduced 02 gas concentration, and donor density of the ZnO layer obtained by this example. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between donor density and varistor voltage obtained in this example. 1... Substrate, 2... First electrode layer, 3
... Oxide layer (ZnO layer or layer containing ZnO), 3a... Potential barrier, 4... Metal oxide layer, 5... Second electrode layer, Nd... Oxide layer donor density. 4-11 scolding ■ Squirrel] Shikuno kneel ＼ Figure AP20x: Input port t (w t '10) Figure
Claims (2)
電極層上に少なくとも１対のＺｎＯ層又はＺｎＯを含有
する層と金属酸化物層とにより形成された複合層を有し
、前記複合層の最上部に第２の電極層を形成して成る電
圧非直線性抵抗素子において、前記ＺｎＯ層又はＺｎＯ
を含有する層のドナー密度を５×１０＾１＾６ｃｍ＾−
＾３乃至５×１０＾１＾９ａｃｍ＾−＾３としたことを
特徴とする電圧非直線性抵抗素子。(1) A first electrode layer formed on a substrate, and a composite layer formed of at least one pair of ZnO layer or a layer containing ZnO and a metal oxide layer on the first electrode layer. In the voltage nonlinear resistance element formed by forming a second electrode layer on the top of the composite layer, the ZnO layer or the ZnO
The donor density of the layer containing 5 × 10^1^6 cm^-
A voltage nonlinear resistance element characterized in that the voltage is ^3 to 5 x 10^1^9 acm^-^3.
化物層がスパッタリング法により形成されることを特徴
とする請求項１記載の電圧非直線性抵抗素子。(2) The voltage nonlinear resistance element according to claim 1, wherein the ZnO layer or the layer containing ZnO and the metal oxide layer are formed by a sputtering method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1295751A JPH03155602A (en) | 1989-11-14 | 1989-11-14 | Nonlinear voltage resistance element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1295751A JPH03155602A (en) | 1989-11-14 | 1989-11-14 | Nonlinear voltage resistance element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03155602A true JPH03155602A (en) | 1991-07-03 |
Family
ID=17824696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1295751A Pending JPH03155602A (en) | 1989-11-14 | 1989-11-14 | Nonlinear voltage resistance element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03155602A (en) |
-
1989
- 1989-11-14 JP JP1295751A patent/JPH03155602A/en active Pending
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