JPH04320005A - 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］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リレー接点の保護、Ｉ
Ｃ，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用途に使用され
ている電圧非直線性抵抗素子の改良に関する。

【０００２】

【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、例えば特公昭５９−１０
０４２号公報に示されるような構造が知られている。こ
の構造は図５に示すように、基板２０に形成された第１
の電極２１と、第１の電極２１上に形成されたＺｎＯか
ら成る又はＺｎＯを主成分とする領域から成る酸化物領
域２２と、この酸化物領域２２上に形成されたＢｉ２　
Ｏ３　からなる又はＢｉ２　Ｏ３　を主成分とする領域
から成る酸化物領域２３と、この酸化物領域２３上に形
成された第２の電極２４とを有している。

【０００３】前記酸化物領域２２における酸化物領域２
３との界面には、電位障壁領域２２ａが形成され、この
電位障壁領域２２ａによってバリスタ電圧が決定される
。

【０００４】この図５の構造において、第１の電極２１
に第２の電極２４に対して正方向の電圧が印加されると
前記電位障壁領域２２ａは逆バイアスされ、一定の電圧
値まで電流が流れず、ある電圧値を越えると急激に電流
が流れ出す電圧非直線性（非直線係数α＝１０前後）を
示すことが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のバリスタにおいては、Ｂｉ２　Ｏ３　又はＢｉ
２　Ｏ３　を主成分とする酸化物領域２３によるＺｎＯ
又はＺｎＯを主成分とする酸化物領域２２の表面又は内
部の酸素含有量を精密に制御することが成膜技術上困難
であり、このため、電圧非直線性が悪化し、また、動作
時のリーク電流も大きくなるという問題がある。

【０００６】そこで、本発明は構成要素の組成を改良す
ることにより、電圧非直線性が良好で、しかも動作時の
リーク電流も少ない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。

【０００７】［発明の構成］

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の電圧非直線性抵
抗素子は、ＺｎＯ又はＺｎＯを主成分とする酸化物領域
と、非酸化物領域又は非酸化物領域を主成分とする領域
とを少なくとも交互に一層ずつ積層して積層体を構成す
るとともに、前記積層体に対し電圧を供給する電極を具
備するものである。

【０００９】

【作用】前記ＺｎＯ又はＺｎＯを主成分とする酸化物領
域に対し、熱力学的に安定な非酸化物領域又は非酸化物
を主成分とする領域を積層することにより、この領域に
よる前記ＺｎＯ又はＺｎＯを主成分とする酸化物領域の
表面又は内部の酸素含有量の制御が容易となり、従来例
に比べ、電圧非直線性が良好で、かつ、動作時のリーク
電流を少なくすることができる。

【００１０】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００１１】図１に示す本実施例の電圧非直線性抵抗素
子としてのバリスタ１は、ガラス、アルミナ（Ａｌ２　
Ｏ３　）等から成る基板９と、この基板９上に形成した
Ｎｉ等から成る第１の電極２と、この第１の電極２上に
形成したＺｎＯからなる又はＺｎＯを主成分とする酸化
物領域３と、この酸化物領域３上に形成した非酸化物領
域又は非酸化物を主成分とする領域４と、この領域４上
の一部又は全面に形成されたＡｌ，Ａｕ等からなる第２
の電極５とを具備している。

【００１２】前記非酸化物としては、ＡｌＮ，Ｓｉ，ａ
−Ｓｉ，ａ−ＳｉＣ，Ｓｉのいずれかを用いる。

【００１３】前記第１の電極２と第２の電極５とには、
図示しない電源からバイアス電圧が印加されるようにな
っている。また、前記酸化物領域３の領域４に面する領
域側は電位障壁領域３ａとして機能するようになってい
る。

【００１４】次に前記バリスタ１の製造方法について、
前記領域４としてＡｌＮを用いる場合を例にとって説明
する。

【００１５】先ず基板９として例えばガラス基板を用意
し、この基板９上に第１の電極２をＮｉを用いた蒸着法
によってその厚さが０．５　μｍ程度になるように形成
する。

【００１６】次に、ＺｎＯ焼結体をターゲットとしてス
パッタリングによってＺｎＯ又はＺｎＯを主成分とする
酸化物領域３をその厚さが１．０　μｍ程度になるよう
に形成し、続いてＡｌをターゲットとして窒素雰囲気中
でスパッタリングによってＡｌＮからなる又はＡｌＮを
主成分とする領域４を、その厚さが１００オングストロ
ーム程度になるように形成する。

【００１７】さらに、前記領域４の上面の一部又は全面
に、Ｃｒを用いて第２の電極５をその厚さが０．５　μ
ｍ程度の厚さになるように形成する。

【００１８】また、前記領域４としてａ−Ｓｉ，ａ−Ｓ
ｉＣを用いる場合は、スパッタリングによるＡｌＮの形
成に代わり、ＣＶＤ法で膜厚０．２μｍのａ−Ｓｉ又は
ａ−ＳｉＣを形成すれば良い。

【００１９】尚、前記領域４としてＳｉを用いる場合は
、図２に示すように、Ｓｉ基板１１の一方の面に蒸着法
で膜厚０．５μｍの第１の電極２を形成し、続いてこの
Ｓｉ基板１１の他方の面にＺｎＯ焼結体をターゲットと
してスパッタリングにより膜厚１μｍの酸化物領域３を
形成し、さらにこの酸化物領域３の上にＣｒからなる膜
厚０．５μｍの第２の電極５をスパッタリングにより形
成すれば良い。この場合にも、前記酸化物領域３におけ
る領域４との界面には電位障壁領域３ａが形成される。

【００２０】このようにして製造された図１に示すバリ
スタ１において、第１の電極２に正、第２の電極５に負
のバイアス電圧を印加すると、電位障壁領域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性を示すようになる。

【００２１】バリスタに流れる電流Ｉは、Ｉ＝（Ｖ／Ｃ
）α（Ａ）で表すことができる。ここにＶは印加電圧（
Ｖ），Ｃは定数，αは非直線係数である。またバリスタ
電圧はバリスタに０．１ｍＡ／ｍｍ２　流したときの電
圧を示し、またリーク電流はバリスタに１（Ｖ）のバイ
アス電圧を印加した場合の値を示す。

【００２２】表１は、本実施例品（４種）と、従来品と
の領域（非酸化物領域）４の相違による各バリスタ電圧
、非直線係数及びリーク電流の比較を示すものである。

【００２３】

【表１】 表１から明らかなように、本実施例品の非直線係数は従
来品よりも１．５乃至２倍大きく、非直線係数が良好に
なるとともに、リーク電流も１０乃至６００００倍も少
なくなる。

【００２４】図３は本発明の第２の実施例を示すもので
あり、同図に示すバリスタ１Ａは、前記バリスタ１にお
ける領域４上に第２の酸化物領域６を付加したものであ
る。

【００２５】前記第２の酸化物領域６は、第１の酸化物
領域３と同様にＺｎＯ層又はＺｎＯを主成分とする領域
から成り、既述した場合と同様にスパッタリングによっ
て形成する。

【００２６】また、このバリスタ１Ａの第２の酸化物領
域６の領域４に対する界面に電位障壁領域６ａが形成さ
れ、この電位障壁領域６ａは、第２の電極５に正、第１
の電極２に負のバイアス電圧を印加すると逆方向にバイ
アスされて、一定電圧を越えた場合に急激に電流が流れ
出すようになる。

【００２７】従って、このバリスタ１Ａによれば、前記
バリスタ１と同様な効果が得られる他に、第１及び第２
の電極２，５にいずれの極性のバイアス電圧を印加して
も、２つの電位障壁領域３ａ，６ａのいずれかが逆バイ
アスされるので対称型電圧非直線性を持った素子が得ら
れる。

【００２８】図４は本発明の第３の実施例を示すもので
、同図に示すバリスタ１Ｂは、図３に示すバリスタ１Ａ
における第２の酸化物領域６上に第２の領域（非酸化物
領域）７を形成し、更にこの第２の領域７上に第３の酸
化物領域８を形成したものである。

【００２９】この第２の領域７は、前記領域４と同様に
非酸化物領域又は非酸化物を主成分とする領域であり、
既述した場合と同様にスパッタリングによって形成する
。前記第３の酸化物領域８は、第１及び第２の酸化物領
域３，６と同様にＺｎＯ層又はＺｎＯを主成分とし、既
述した場合と同様にスパッタリングによって形成する。

【００３０】これにより、第３の酸化物領域８の第２の
領域７との界面に電位障壁領域８ａが形成されることに
なり、この電位障壁領域８ａは第１の電極２に正、第２
の電極５に負の電圧を印加すると逆方向にバイアスされ
る。また、第２の酸化物領域６の第２の領域７との界面
に電位障壁領域６ｂが形成され、前記電位障壁領域８ａ
と同様に作用する。

【００３１】従って、この第３の実施例の構造によって
も第１及び第２の実施例の場合と同様な効果が得られる
。更に、この第３の実施例の構造では電位障壁領域が４
ヵ所に形成されるので、これら各電位障壁領域を制御す
ることにより細かなバリスタ電圧の調整が可能となる。

【００３２】尚、本実施例では、図１、図３、図４に示
す構成のバリスタ１，１Ａ，１Ｂについて説明したが、
このような構成の構造を多数回繰り返して積層、成膜す
ることにより、容易に立ち上がり電圧の高い安定性に優
れた薄膜バリスタを得ることができる。

【００３３】また、前記バリスタ１，１Ａ，１Ｂは、非
直線性のみならず安定した特性を発揮し、各種の基板上
にも容易に形成できるので、超小型のバリスタリレーに
適用できるほか、液晶表示素子に要求される１０ミクロ
ンサイズのものでもフォトリソグラフィーによる微細加
工技術を利用することで容易に製造できる等広範な応用
が可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、酸化
物領域の酸素含有量を制御する非酸化物領域又は非酸化
物を主成分とする領域を具備するので非直線性が良好で
、しかも、リーク電流の少ない電圧非直線性抵抗素子を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図

【図２】本
発明の第１の実施例において非酸化物領域をＳｉとした
場合の断面図

【図３】本発明の第２の実施例を示す断面図

【図４】本
発明の第３の実施例を示す断面図

【図５】従来例の断面
図

【符号の説明】 １　　バリスタ ２　　第１の電極 ３　　酸化物領域 ３ａ　　電位障壁領域 ４　　領域 ５　　第２の電極 ９　　基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＺｎＯ又はＺｎＯを主成分とする酸化
   物領域と、非酸化物領域又は非酸化物領域を主成分とす
   る領域とを少なくとも交互に一層ずつ積層して積層体を
   構成するとともに、前記積層体に対し電圧を供給する電
   極を具備することを特徴とする電圧非直線性抵抗素子。