JPH03155602A - 電圧非直線性抵抗素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

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。

５はこの金属酸化物層４上に形成されたＡｕ。

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。

次に本実施例バリスタの製造方法について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

他の成膜方法等任意の方法を選ぶことができる。

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。

［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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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５×１０＾１＾６ｃｍ＾−
   ＾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。
2. （２）前記ＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する層及び金属酸
   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。