JPH0577321B2 - - Google Patents

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JPH0577321B2
JPH0577321B2 JP63239135A JP23913588A JPH0577321B2 JP H0577321 B2 JPH0577321 B2 JP H0577321B2 JP 63239135 A JP63239135 A JP 63239135A JP 23913588 A JP23913588 A JP 23913588A JP H0577321 B2 JPH0577321 B2 JP H0577321B2
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JP
Japan
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resistance
thin film
concentration
alloy
aluminum
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JP63239135A
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JPH0287501A (ja
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Sadao Yoshizaki
Shizuka Takeyama
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SUSUMU IND CO Ltd
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SUSUMU IND CO Ltd
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば薄膜抵抗器、抵抗ネツトワ
ーク、熱印字素子の発熱体、その他に用いられる
電気抵抗材料に関する。
〔従来の技術とその課題〕
薄膜抵抗器に従来から用いられているニツケ
ル・クロム合金やタンタル化合物等の薄膜抵抗材
料の比抵抗は、セラミツク基板上で0.2mΩ・cm
程度と小さく、従つてこれを用いたチツプ抵抗器
等のような小型の抵抗器では高い抵抗値を得るの
が困難であつた。例えばこのようなチツプ抵抗器
の抵抗値の上限は数十KΩ〜百KΩであつた。
また、熱印字素子の発熱体のために比抵抗の大
きな薄膜材料が幾つか開発されてはいるが、その
抵抗温度係数は数百ppm/deg以上と著しく大き
く、従つてこれを精密抵抗器に用いることはでき
ない。一例を示せば、Ta−Si−C系材料では、
比抵抗は4.2mΩ・cm程度と比較的大きいものの、
抵抗温度係数が−600ppm/deg程度と著しく大
きい。
一方、チツプ抵抗器に従来から多用されている
厚膜抵抗材料は、極めて高い抵抗値が容易に得ら
れるものの、信頼性や長期の安定性に乏しく、ま
た抵抗温度係数も大きいため、高精度・高信頼性
を要求される用途には適用できない。例えば、
TaBa系材料やLaB6系材料では、150℃で1000時
間放置による抵抗値変化率は1%程度と比較的大
きく、また抵抗温度係数も150〜250ppm/deg程
度と比較的大きい。
そこでこの発明は、比抵抗が大きく、しかも抵
抗温度係数が小さく、かつ耐環境性に優れた電気
抵抗材料を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明の電気抵抗材料は、Cr−Al−B−O
系のものであり、アルミニウムを10ないし40原子
%含むクロム・アルミニウム合金にホウ素を30な
いし70原子%添加した三元合金に対して、酸素を
10ないし30原子%添加した組成をしている。
上記三元合金は、換言すれば、その(クロム、
アルミニウム、ホウ素)の組成比(原子%)が、
第1図に示す三成分組成図におけるA63,7,
30、B27,3,70、C18,12,70お
よびD42,28,30の4点で囲まれる領域内
にあると言うこともできる。
ここで、クロム・アルミニウム合金中のアルミ
ニウム濃度を10〜40at(原子)%の範囲に限定し
たのは、アルミニウム濃度が10at%未満では比抵
抗が小さく、また40at%を越えると抵抗温度係数
が著しく負方向に増大すると共に熱処理による電
気的特性の変化も大きくなるからである。
また、三元合金中のホウ素濃度を30〜70at%の
範囲に限定したのは、ホウ素濃度が30at%未満で
は比抵抗が小さく、また70at%を越えると抵抗温
度係数が負方向に大きく増大するからである。
また、当該電気抵抗材料中の酸素濃度を10〜
30at%の範囲に限定したのは、酸素濃度が10at%
未満では比抵抗が小さく、また30at%を越えると
抵抗温度係数が負方向に大きく増大するからであ
る。更に、酸素濃度が10at%未満では耐環境性も
悪化する。
〔実施例〕
20at%のアルミニウムを含んだクロム・アルミ
ニウム二元合金ターゲツトの表面にホウ素の粒を
並べて三元系としたターゲツトを用い、酸素を添
加したアルゴンガスによりスパツタリングを行
い、種々の組成のCr−Al−B−O系電気抵抗材
料の薄膜をセラミツク基板上に堆積させた。この
薄膜におけるクロム・アルミニウム合金に対する
ホウ素の濃度はクロム・アルミニウム二元合金タ
ーゲツトの表面に並べるホウ素の量を変えること
により、また、クロムとアルミニウムとの組成比
は20at%のアルミニウムを含んだクロム・アルミ
ニウム二元合金ターゲツトの表面にクロムあるい
はアルミニウムを追加することにより、更に、
Cr−Al−B三元合金に対する酸素濃度はアルゴ
ンガスに添加する酸素の濃度を変化させることに
より調整した。このCr−Al−B−O系薄膜電気
抵抗材料の電気的特性と耐環境性を図面に基づい
て説明する。
第2図は、セラミツク基板上に堆積させて薄膜
化したCr−Al−B−O系電気抵抗材料における
電気的特性の三元合金中のホウ素濃度依存性の一
例を示す図であり、このときのCr−Al合金中の
アルミニウム濃度は20at%、薄膜中の酸素濃度は
15〜30at%であつた。
この図から分かるように、当該Cr−Al−B−
O系薄膜は、およそ20at%のホウ素が添加される
ことにより、その比抵抗が減少すると共に抵抗温
度係数(TCR)の絶対値が急減する。しかし、
20〜30at%以上のホウ素濃度域では、ホウ素濃度
の増加に伴い比抵抗が著しく(例えば従来のNi
−Cr合金の一桁以上に)増大するものの、70at
%程度までは抵抗温度係数の絶対値にあまり大き
な変化は生じなく電気抵抗材料として実用的な値
を示す。
更に、これらの薄膜に数百℃での安定化熱処理
(第3図および第4図の熱処理も同様)を施すと、
比抵抗は若干減少するものの、抵抗温度係数の絶
対値は半減し、より高精度の抵抗材料として使用
し得る特性が得られることが分かる。
尚、上記の20〜30at%以上のホウ素濃度域にお
ける薄膜の構造は、X線回折によれば非晶質化し
ているものと認められ、このような非晶質構造を
維持することが、上記のような優れた電気的特性
を維持する上で好ましいと言える。
第3図は、セラミツク基板上に堆積させて薄膜
化したCr−Al−B−O系電気抵抗材料における
電気的特性のCr−Al合金中のアルミニウム濃度
依存性の一例を示す図であり、このときのCr−
Al合金に対するホウ素濃度は45at%、薄膜中の
酸素濃度は10〜30at%であつた。
この図から分かるように、当該Cr−Al−B−
O系薄膜は、Cr−Al合金中のアルミニウム濃度
が10at%未満では比抵抗が小さく、また40at%を
越えると抵抗温度係数(TCR)が負方向に増大
し熱処理での電気的特性の変化も大きくなる。従
つて、当該アルミニウム濃度は、10〜40at%の範
囲内にするのが好ましい。
第4図は、セラミツク基板上に堆積させて薄膜
化したCr−Al−B−O系電気抵抗材料における
電気的特性の酸素濃度依存性の一例を示す図であ
り、このときの20at%Al−Cr合金に対するホウ
素濃度は55at%であつた。
この図から分かるように、当該Cr−Al−B−
O系薄膜は、酸素濃度が10at%未満では比抵抗が
小さく、また30at%越えると抵抗温度係数
(TCR)が負方向に大きく増大して、厚膜抵抗材
料と同様の電気的特性を示す。従つて、当該酸素
濃度は、10〜30at%の範囲内にするのが好まし
い。
第5図は、セラミツク基板上に堆積させて薄膜
化したCr−Al−B−O系電気抵抗材料における
電気的特性の耐環境性の一例を示す図であり、こ
のときの20at%Al−Cr合金に対するホウ素濃度
は55at%、薄膜中の酸素濃度は約20at%であつ
た。
尚、用いた試片はセラミツク基板上の薄膜表面
が露出したものであり、耐湿性は純水中での煮
沸、また耐酸化性は150℃の空気中での放置によ
る電気抵抗の変化により評価した。ちなみに、こ
の純水煮沸試験は、一般的な抵抗器の評価に適用
される湿中負荷試験(60℃、95%RH、定格負
荷)に比べて4桁以上厳しい試験になる。
この図から分かるように、当該Cr−Al−B−
O系薄膜は、耐湿・耐酸化性のどちらも時間の経
過と共に電気抵抗が増大するものの、その変化率
は極めて小さく、従つて高安定の抵抗材料である
ことが分かる。
第6図は、第5図と同様に耐酸化性と耐湿性と
を調べ、これらの耐環境性に酸素濃度が及ぼす影
響を示したものであり、このときのCr−Al合金
中のアルミニウム濃度は20at%、Cr−Al−B合
金中のホウ素濃度は41at%であつた。この図か
ら、酸素濃度が減少すると耐環境性が悪化するこ
とが分かる。なお、耐酸化性の150℃での放置時
間を300時間としたのは、第5図で分かるように
抵抗値変化率がほぼ飽和するからである。また耐
湿性の基準とした1時間の純水煮沸は、一般に行
われている湿中負荷試験の10000時間以上に相当
する。
このような結果と、前述した従来の厚膜抵抗材
料の耐環境性(即ち150℃の1000時間放置で抵抗
値変化率が約1%)を考えると、酸素濃度が10at
%に満たない場合には本発明による材料も従来の
厚膜抵抗材料の特性に近づき、高精度・高信頼性
を要求される用途に適用できないことは容易に類
推できる。
尚、上記実施例では、Cr−Al−B−O系電気
抵抗材料を薄膜化して作製するのに、制御の比較
的簡単なスパツタリングを用いたが、真空蒸着等
の他の薄膜形成手段を用いても良い。
また、上記実施例では、薄膜を堆積させる基板
にセラミツク基板を用いたが、ガラス基板や表面
に電気絶縁層を設けた金属板等の他の電気絶縁性
基板を用いても良い。ガラス基板を用いれば、周
知のように、比抵抗はセラミツク基板の場合の約
半分になる。
また、当該Cr−Al−B−O系電気抵抗材料は、
上記のように電気絶縁性基板上に薄膜化するよう
にすれば比較的簡単に作製することができるが、
勿論必要に応じて、厚膜化したりバルクとして用
いることも可能である。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、比抵抗が大き
く、しかも抵抗温度係数が小さく、かつ耐環境性
に優れた電気抵抗材料が得られる。その場合、当
該電気抵抗材料の構造が非晶質である方が、上記
のような優れた電気的特性を維持する上で好まし
い。
従つて当該電気抵抗材料を用いれば、例えば、
抵抗値が高くかつ高精度・高信頼性のチツプ抵抗
器や高集積抵抗ネツトワーク等の実現が可能にな
る。
より具体例を示せば、表面実装部品等として用
いられる薄膜チツプ抵抗器の抵抗値の上限が従来
は数十KΩ〜百KΩ程度であつたものを、当該電
気抵抗材料を用いれば、これを一桁程度増大させ
ることが可能になる。
また、従来は厚膜抵抗材料を用いていたため精
度・信頼性の点で劣つていた百KΩ程度以上の抵
抗値のチツプ抵抗器も、当該電気抵抗材料を用い
れば、高精度でかつ信頼性の高いものとすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明に係る電気抵抗材料におけ
る三元合金の組成比を示す三成分組成図である。
第2図は、セラミツク基板上に堆積させて薄膜化
したCr−Al−B−O系電気抵抗材料における電
気的特性の三元合金中のホウ素濃度依存性の一例
を示す図である。第3図は、セラミツク基板上に
堆積させて薄膜化したCr−Al−B−O系電気抵
抗材料における電気的特性のCr−Al合金中のア
ルミニウム濃度依存性の一例を示す図である。第
4図は、セラミツク基板上に堆積させて薄膜化し
たCr−Al−B−O系電気抵抗材料における電気
的特性の酸素濃度依存性の一例を示す図である。
第5図は、セラミツク基板上に堆積させて薄膜化
したCr−Bl−B−O系電気抵抗材料における電
気的特性の耐環境性の一例を示す図である。第6
図は、セラミツク基板上に堆積させて薄膜化した
Cr−Al−B−O系電気抵抗材料において、電気
的特性の耐環境性と酸素濃度との関係の一例を示
す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アルミニウムを10ないし40原子%含むクロ
    ム・アルミニウム合金にホウ素を30ないし70原子
    %添加した三元合金に対して、酸素を10ないし30
    原子%添加した組成の電気抵抗材料。 2 当該材料の構造が非晶質である請求項1記載
    の電気抵抗材料。
JP63239135A 1988-09-24 1988-09-24 電気抵抗材料 Granted JPH0287501A (ja)

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JP2782288B2 (ja) * 1991-06-19 1998-07-30 進工業株式会社 電気抵抗材料
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JPS62165302A (ja) * 1986-01-16 1987-07-21 進工業株式会社 高抵抗材料

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