JPS58101403A - 薄膜バリスタの製造方法 - Google Patents
薄膜バリスタの製造方法Info
- Publication number
- JPS58101403A JPS58101403A JP56200439A JP20043981A JPS58101403A JP S58101403 A JPS58101403 A JP S58101403A JP 56200439 A JP56200439 A JP 56200439A JP 20043981 A JP20043981 A JP 20043981A JP S58101403 A JPS58101403 A JP S58101403A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- varistor
- film
- zno
- thin film
- substrate
- Prior art date
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- Granted
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- Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は超不型で、機器の小型化および軽量化に適した
バリスタの製造方法に関するものである。
バリスタの製造方法に関するものである。
印加する電圧を上げていくにしたがって、急激に抵抗の
減少する素子は、一般にバリスタと呼ばれる。従来バリ
スタとして、ＺｎＯと微量のＢｉ２Ｏ３などの金属酸化
物から成るＺｎＯバリスタが知られている。ＺｎＯバリ
スタはＺｎＯ粉体に０．１〜数モル’１７） Ｂｔ２０
３． Ｃｏ２Ｏ３，ＭｎＯ２，５ｂ２０３ｆｘ トを添
加した粉体を成型し、１２６０°Ｃ前後の空気中で焼結
することによって得られる。このようにしで得られたＺ
ｎＯバリスタは、厚みを変えることによって立上り電圧
を制御することができる。また、電圧間−電流（Ｉ）特
性を、 ■ Ｉ＝（）ａ Ｃ：定数 として近似した場合のα（電圧非直線指数）が３０〜６
０程度のものが得られ、非オーム性もきわめて優れてい
る。しかしながらこの方法では、小型で特性の良いもの
が得られにくいという難点がある。ＺｎＯバリスタの非
オーム性は、ＺｎＯ粒子の粒界の障壁に起因しており、
したがって立上り電圧は電極間に直列に接続された粒界
の数、換言すれば、素子の厚みに比例する。したがって
希望とする立上り電圧を有するバリスタを得るには自動
的に素子の厚みがきまってしまう。通常得られる素子の
立上り電圧は１ｍＩあたり１００〜２００ｖそあり、し
たがって多くの民生用の用途では、厚み１ｍ１１前後の
焼結体が必要とされる。近年は電子部品の小型、高密度
化が進み、その技術を利用して各種軽量小型の民生用電
子機器が開発され、それらには多くの半導体ＩＣ，ＬＳ
Ｉが使用され、これらの異常過電圧（サージ）からの保
護が重要な課題となっている。これらの用途に対し、前
述のＺｎＯバリスタは立上り電圧と形状の大きさのため
に不適当である。したがって、これらの超小型回路に適
した、超小型のサージ保護素子が必要とされている。本
発明はこのような状況に基づきなされたもので、これら
′の超小型回路への応用に適した超小型薄膜バリスタを
得るための製造方法を提供するものであり、以下にその
一実施例を詳細に説明する。
減少する素子は、一般にバリスタと呼ばれる。従来バリ
スタとして、ＺｎＯと微量のＢｉ２Ｏ３などの金属酸化
物から成るＺｎＯバリスタが知られている。ＺｎＯバリ
スタはＺｎＯ粉体に０．１〜数モル’１７） Ｂｔ２０
３． Ｃｏ２Ｏ３，ＭｎＯ２，５ｂ２０３ｆｘ トを添
加した粉体を成型し、１２６０°Ｃ前後の空気中で焼結
することによって得られる。このようにしで得られたＺ
ｎＯバリスタは、厚みを変えることによって立上り電圧
を制御することができる。また、電圧間−電流（Ｉ）特
性を、 ■ Ｉ＝（）ａ Ｃ：定数 として近似した場合のα（電圧非直線指数）が３０〜６
０程度のものが得られ、非オーム性もきわめて優れてい
る。しかしながらこの方法では、小型で特性の良いもの
が得られにくいという難点がある。ＺｎＯバリスタの非
オーム性は、ＺｎＯ粒子の粒界の障壁に起因しており、
したがって立上り電圧は電極間に直列に接続された粒界
の数、換言すれば、素子の厚みに比例する。したがって
希望とする立上り電圧を有するバリスタを得るには自動
的に素子の厚みがきまってしまう。通常得られる素子の
立上り電圧は１ｍＩあたり１００〜２００ｖそあり、し
たがって多くの民生用の用途では、厚み１ｍ１１前後の
焼結体が必要とされる。近年は電子部品の小型、高密度
化が進み、その技術を利用して各種軽量小型の民生用電
子機器が開発され、それらには多くの半導体ＩＣ，ＬＳ
Ｉが使用され、これらの異常過電圧（サージ）からの保
護が重要な課題となっている。これらの用途に対し、前
述のＺｎＯバリスタは立上り電圧と形状の大きさのため
に不適当である。したがって、これらの超小型回路に適
した、超小型のサージ保護素子が必要とされている。本
発明はこのような状況に基づきなされたもので、これら
′の超小型回路への応用に適した超小型薄膜バリスタを
得るための製造方法を提供するものであり、以下にその
一実施例を詳細に説明する。
〈実施例１〉
第１図において、石英ガラス基板１を１×１σ７Ｔｏｒ
ｎの高真空にできる排気部を有する気密槽内の金属電極
上に装着し、これに対向して酸化亜鉛（ＺｎＯ）とバリ
スタとして有効′な添加物から成る組成物焼結体（Ｚｎ
Ｏバリスタ焼結体）と、酸化バリウム（Ｂａｄ）から成
る酸化物粉体をそれぞれの電極（ターゲット）に装着し
た。この気密槽内にアルゴンガスを微量の雰囲気ガスと
して満たし、気密槽内を２Ｘ１σ２Ｔｏｒｒの圧力に設
定した後、両電極間に高周波スパッタ電力２００Ｗを印
加して放電させた。この方法は、放電によって分離した
ガスの分子の衝突によりターゲットの原材料物質がスパ
ッタリング蒸発し、基板上に膜として形成できるもので
、いわゆる高周波スパッタリング法である。この方法を
用いてＢａＯ膜２を厚み２０００Ａ。
ｎの高真空にできる排気部を有する気密槽内の金属電極
上に装着し、これに対向して酸化亜鉛（ＺｎＯ）とバリ
スタとして有効′な添加物から成る組成物焼結体（Ｚｎ
Ｏバリスタ焼結体）と、酸化バリウム（Ｂａｄ）から成
る酸化物粉体をそれぞれの電極（ターゲット）に装着し
た。この気密槽内にアルゴンガスを微量の雰囲気ガスと
して満たし、気密槽内を２Ｘ１σ２Ｔｏｒｒの圧力に設
定した後、両電極間に高周波スパッタ電力２００Ｗを印
加して放電させた。この方法は、放電によって分離した
ガスの分子の衝突によりターゲットの原材料物質がスパ
ッタリング蒸発し、基板上に膜として形成できるもので
、いわゆる高周波スパッタリング法である。この方法を
用いてＢａＯ膜２を厚み２０００Ａ。
さらにこの上にＺｎＯバリスタ組成物！Ｉｓとして厚み
６μｍ付着させて積層した。その後、気密槽内から取り
出してｓｏ’ｃの水中に浸漬し、ＢａＯを溶して石英ガ
ラス基板１とＺｎＯバリスタ組成物膜３を分離させ、Ｚ
ｎＯバリスタ膜３だけを取り出して１２００°Ｃの空気
中で１時間焼成し、薄膜バリスタ焼結体とした。また第
２図のように薄膜バリスタ焼結体４の両面に真空蒸着法
で厚み２０００人のＡＰを形成し電極６とした。この電
極間で電圧（ト）−電流（Ｉ）特性を調べてみると立上
り電圧約６Ｖ、ａがＢ０程度のものが得られ、Ｖ−Ｉ特
性に方向性を持たない、いわゆる対称型バリスタであっ
た。
６μｍ付着させて積層した。その後、気密槽内から取り
出してｓｏ’ｃの水中に浸漬し、ＢａＯを溶して石英ガ
ラス基板１とＺｎＯバリスタ組成物膜３を分離させ、Ｚ
ｎＯバリスタ膜３だけを取り出して１２００°Ｃの空気
中で１時間焼成し、薄膜バリスタ焼結体とした。また第
２図のように薄膜バリスタ焼結体４の両面に真空蒸着法
で厚み２０００人のＡＰを形成し電極６とした。この電
極間で電圧（ト）−電流（Ｉ）特性を調べてみると立上
り電圧約６Ｖ、ａがＢ０程度のものが得られ、Ｖ−Ｉ特
性に方向性を持たない、いわゆる対称型バリスタであっ
た。
上記の実施例は基板とＺｎＯバリスタ組成物膜とを分離
して、このＺｎＯバリスタ組成物膜を焼成し、単体の薄
膜バリスタを得た。この方法以外に薄膜バリスタを得る
方法として基板上に焼成工程の高温に耐え得る電極（た
とえば、Ａｕ、Ｐｔなど）を設け、この上にＺｎＯバリ
スタ組成物膜を形成して、基板とともに焼成する方法や
、基板上に直接、ＺｎＯバリスタ組成物膜を形成し、そ
のまま、焼成する方法がある。しかし、これらのいずれ
の方法においても基板や電極とＺｎＯバリスタ組成物膜
の熱膨張係数の差によって焼成時の温度でＺｎＯバリス
タ組成物膜が剥離１発泡、クラックを生じていた。
して、このＺｎＯバリスタ組成物膜を焼成し、単体の薄
膜バリスタを得た。この方法以外に薄膜バリスタを得る
方法として基板上に焼成工程の高温に耐え得る電極（た
とえば、Ａｕ、Ｐｔなど）を設け、この上にＺｎＯバリ
スタ組成物膜を形成して、基板とともに焼成する方法や
、基板上に直接、ＺｎＯバリスタ組成物膜を形成し、そ
のまま、焼成する方法がある。しかし、これらのいずれ
の方法においても基板や電極とＺｎＯバリスタ組成物膜
の熱膨張係数の差によって焼成時の温度でＺｎＯバリス
タ組成物膜が剥離１発泡、クラックを生じていた。
また、スパッタリングで得たＺｎＯバリスタ組成物膜は
電極および基板との密着性が良いため、焼成温度で反応
を起しやすく、その結果としてＶ−Ｉ特性が不安定で歩
留シの悪いものであった。本発明はこれらの問題を解決
するためにスパッタリングで得たＺｎＯバリスタ組成物
膜だけを取り出して１２００″Ｃで焼成することによっ
てＺｎＯが結晶化して粒子となり粒界にＢ１２ｏ３など
の添加物が析出して障壁を形成し、これによって安定性
に優れた非オーム性を有する薄膜バリスタを製造できる
ようになった。ところで、スパッタリングにより形成し
たアモルファス状態のＺｎＯバリスタ組成物膜が結晶化
して粒界に障壁が形成される温度は８００°Ｃであった
。したがって、この温度以下で焼成したものは優れた非
オーム性を得ることはできなかった。また、本実施例に
よって得られた薄膜バリスタ焼結体は、発泡、剥離がな
く、Ｖ−Ｉ特性も安定である。しかもチップ化して高密
度実装回路に容易に組み込むことかでき、機器の小型軽
量に大きく貢献するものである。
電極および基板との密着性が良いため、焼成温度で反応
を起しやすく、その結果としてＶ−Ｉ特性が不安定で歩
留シの悪いものであった。本発明はこれらの問題を解決
するためにスパッタリングで得たＺｎＯバリスタ組成物
膜だけを取り出して１２００″Ｃで焼成することによっ
てＺｎＯが結晶化して粒子となり粒界にＢ１２ｏ３など
の添加物が析出して障壁を形成し、これによって安定性
に優れた非オーム性を有する薄膜バリスタを製造できる
ようになった。ところで、スパッタリングにより形成し
たアモルファス状態のＺｎＯバリスタ組成物膜が結晶化
して粒界に障壁が形成される温度は８００°Ｃであった
。したがって、この温度以下で焼成したものは優れた非
オーム性を得ることはできなかった。また、本実施例に
よって得られた薄膜バリスタ焼結体は、発泡、剥離がな
く、Ｖ−Ｉ特性も安定である。しかもチップ化して高密
度実装回路に容易に組み込むことかでき、機器の小型軽
量に大きく貢献するものである。
〈実施例２〉
第１図において、石英ガラス基板１をＩＸ１σ７Ｔｏｒ
ｒの高真空にできる排気部を有する気密槽内の金属電極
上に装着し、これに対向して酸化亜鉛（ＺｎＯ）とバリ
スタとして有効な添加物から成る組成物焼結体（ＺｎＯ
バリスタ焼結体）と酸化カルシウム（Ｃａｂ）から成る
酸化物粉体をそれぞれの電極（ブーゲット）に装着した
。この高周波スパッタリング法の準備工程以後は、実施
例１と同じプロセスで行なった。ただ、第１図のＣａＯ
膜２は、実施例１のＢａＯ膜と比べ、水に対する溶解速
度が異なるが水中に浸漬する時間の違いだけであって、
実施例１と基本的には同じ考え方である。したがってＣ
ａＯ膜を水中で溶解した後、ＺｎＯバリスタ組成物膜だ
けを取り出し１０００°Ｃの空気中で１時間焼成した。
ｒの高真空にできる排気部を有する気密槽内の金属電極
上に装着し、これに対向して酸化亜鉛（ＺｎＯ）とバリ
スタとして有効な添加物から成る組成物焼結体（ＺｎＯ
バリスタ焼結体）と酸化カルシウム（Ｃａｂ）から成る
酸化物粉体をそれぞれの電極（ブーゲット）に装着した
。この高周波スパッタリング法の準備工程以後は、実施
例１と同じプロセスで行なった。ただ、第１図のＣａＯ
膜２は、実施例１のＢａＯ膜と比べ、水に対する溶解速
度が異なるが水中に浸漬する時間の違いだけであって、
実施例１と基本的には同じ考え方である。したがってＣ
ａＯ膜を水中で溶解した後、ＺｎＯバリスタ組成物膜だ
けを取り出し１０００°Ｃの空気中で１時間焼成した。
結果として実施例１と同等の薄膜バリスタを得た。
〈実施例３〉
実施例１と実施例２と同じ方法で薄膜バリスタを製造し
た。ただ異なるのは、高周波スパッタリング装置のター
ゲットに水溶解性のある酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）
を用いたもので、その他は全て、実施例１と実施例２と
同じ方法である。
た。ただ異なるのは、高周波スパッタリング装置のター
ゲットに水溶解性のある酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）
を用いたもので、その他は全て、実施例１と実施例２と
同じ方法である。
結果として薄膜バリスタの特性および歩留りについては
、実施例１と同じであった。本発明の実施例では基板材
料として石英ガラスを用いたがアルミナ、ジルコニアな
どのセラミック基板、サファイヤなどの単結晶基板、金
、ステンレスなどの金属基板の表面が平滑であれば基板
として十分使用可能である。また、本実施例では基板と
ＺｎＯバリスタ組成物膜との間に水溶性のあるアルカリ
土類酸化物膜として酸化バリウム（Ｂａｄ）、酸化カル
シウム（Ｃａｂ）、酸化ストロンチウム（８ｒＯ）を用
いても同じ効果が得られたが、アルカリ土類酸化物膜以
外に硝酸塩膜として硝酸カリウム（ＫＮＯ３）。
、実施例１と同じであった。本発明の実施例では基板材
料として石英ガラスを用いたがアルミナ、ジルコニアな
どのセラミック基板、サファイヤなどの単結晶基板、金
、ステンレスなどの金属基板の表面が平滑であれば基板
として十分使用可能である。また、本実施例では基板と
ＺｎＯバリスタ組成物膜との間に水溶性のあるアルカリ
土類酸化物膜として酸化バリウム（Ｂａｄ）、酸化カル
シウム（Ｃａｂ）、酸化ストロンチウム（８ｒＯ）を用
いても同じ効果が得られたが、アルカリ土類酸化物膜以
外に硝酸塩膜として硝酸カリウム（ＫＮＯ３）。
硝酸パリウＡ（Ｂａ（ＮＯａ）２）−硝酸鉛（Ｐｂ（Ｎ
０３）２）などの膜を用いても同じように水溶性があり
、ＢａＯ膜、ＣａＯ膜、ＳｒＯ膜などのアルカリ土類酸
化物膜と同じ効果が得られ、使用も可能であると考えら
れる。また、実施例では膜の作成方法として高周波スパ
ッタリング法について述べたが、スパッタリング法以外
の方法、たとえば、電子ビーム蒸着法、イオンブレーテ
ィング法なども使用可能であると考えられる。
０３）２）などの膜を用いても同じように水溶性があり
、ＢａＯ膜、ＣａＯ膜、ＳｒＯ膜などのアルカリ土類酸
化物膜と同じ効果が得られ、使用も可能であると考えら
れる。また、実施例では膜の作成方法として高周波スパ
ッタリング法について述べたが、スパッタリング法以外
の方法、たとえば、電子ビーム蒸着法、イオンブレーテ
ィング法なども使用可能であると考えられる。
第１図および第２図は本発明の薄膜ノ（１）スタの製造
方法を説明するための図であり、第１図は薄膜形成過程
における構成を示す断面図、第２図は出来上った薄膜ノ
クリスタの断面図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・ＢａＯ膜、ＣａＯ
膜、８ｒＯ膜、３・・・・・ＺｎＯバリスタ組成物膜、
４・・・、・薄膜ノくリスタ焼結体、６・・・・・・電
極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名１１ １１図
方法を説明するための図であり、第１図は薄膜形成過程
における構成を示す断面図、第２図は出来上った薄膜ノ
クリスタの断面図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・ＢａＯ膜、ＣａＯ
膜、８ｒＯ膜、３・・・・・ＺｎＯバリスタ組成物膜、
４・・・、・薄膜ノくリスタ焼結体、６・・・・・・電
極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名１１ １１図
Claims (2)
- （１）基板上に高周波スパッタリング法によってアルカ
リ土類酸化物膜を設けた上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）とバリ
スタとして有効な添加物から成る組成物膜（ＺｎＯバリ
スタ組成物膜）を積層し、その後、水中に浸漬してアル
カリ土類酸化物膜を溶解することによって基板とバリス
タ組成物膜とを分離し、上記バリスタ組成物膜を結晶化
が起こる温度以上で焼成することを特徴とする薄膜バリ
スタの製造方法。 - （２）アルカリ土類酸化物膜として酸化バリウム（Ｂａ
ｄ）を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の薄膜バリスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56200439A JPS58101403A (ja) | 1981-12-11 | 1981-12-11 | 薄膜バリスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56200439A JPS58101403A (ja) | 1981-12-11 | 1981-12-11 | 薄膜バリスタの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58101403A true JPS58101403A (ja) | 1983-06-16 |
| JPS6231802B2 JPS6231802B2 (ja) | 1987-07-10 |
Family
ID=16424304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56200439A Granted JPS58101403A (ja) | 1981-12-11 | 1981-12-11 | 薄膜バリスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58101403A (ja) |
-
1981
- 1981-12-11 JP JP56200439A patent/JPS58101403A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6231802B2 (ja) | 1987-07-10 |
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