JPS5886704A - 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
- JPS5886704A JPS5886704A JP56186277A JP18627781A JPS5886704A JP S5886704 A JPS5886704 A JP S5886704A JP 56186277 A JP56186277 A JP 56186277A JP 18627781 A JP18627781 A JP 18627781A JP S5886704 A JPS5886704 A JP S5886704A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- varistor
- thin film
- film
- zno
- grain boundaries
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- 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、超小型で、機器の小型化や軽量化に適した薄
膜バリスタの製造方法に関するものである。
膜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ている。従来
、バリスタとして、ＺｎＯと微量のＢｉ２Ｏ３などの金
輌酸化物から成るＺｎＯバリスタが知られている。Ｚｎ
Ｏバリスタは、ＺｎＯ粉体に０．１〜数モル係のＢｉ２
Ｏ３，Ｃｏ２０Ｃｏ２０３ｌ、５ｂ２０３などの粉体を
まぜ、金型を用いて円板状に成型し、１２５０°Ｃ前後
の空気中で焼結し、得られた焼結体円板の両面に対向電
極を設けることによって得られる。このようにして得ら
れたＺｎＯ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。′また電圧閏−電流（
Ｉ＞特性を、■ α ■＝（−）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、非オーム性も廊わめて優れてい
る。しかしながらこの方法では、小型で特性の良いもの
が得にくいという難点がある。
減少する素子は、一般にバリスタと呼ばれている。従来
、バリスタとして、ＺｎＯと微量のＢｉ２Ｏ３などの金
輌酸化物から成るＺｎＯバリスタが知られている。Ｚｎ
Ｏバリスタは、ＺｎＯ粉体に０．１〜数モル係のＢｉ２
Ｏ３，Ｃｏ２０Ｃｏ２０３ｌ、５ｂ２０３などの粉体を
まぜ、金型を用いて円板状に成型し、１２５０°Ｃ前後
の空気中で焼結し、得られた焼結体円板の両面に対向電
極を設けることによって得られる。このようにして得ら
れたＺｎＯ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。′また電圧閏−電流（
Ｉ＞特性を、■ α ■＝（−）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、非オーム性も廊わめて優れてい
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
直列に接続さ五た粒界の数、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した
バリスタ金得ようとすると、自動的に素子の厚みがきま
ってしまう３通常得られる素子の立上り電圧は１Ｂあた
り１００〜２００Ｖであり、したがって多くの民生用の
用途に対しては、厚み１μ前後の焼結体が必要とさｔす
る。
壁に起因しており、したがって立上り電圧は、電極間に
直列に接続さ五た粒界の数、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した
バリスタ金得ようとすると、自動的に素子の厚みがきま
ってしまう３通常得られる素子の立上り電圧は１Ｂあた
り１００〜２００Ｖであり、したがって多くの民生用の
用途に対しては、厚み１μ前後の焼結体が必要とさｔす
る。
一方、近年、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
れている３皐れらには多くの半導体ＩＣ，ＬＳＩ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。
術を利用して、各種軽量小型の民生用電子機器が開発さ
れている３皐れらには多くの半導体ＩＣ，ＬＳＩ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、先はどのＺｎＯバリスタはその大
きさのために不適当である。そ、こて、これらの超小型
回路にふされしい、超小型のサージ保護素子が必要とさ
れている。
きさのために不適当である。そ、こて、これらの超小型
回路にふされしい、超小型のサージ保護素子が必要とさ
れている。
本発明はかかる状況に基づいてなされたもので、これら
の超小型回路への応用に適した超小型の薄膜バリスタを
提供するものであり、以下に実施例と共にその詳細を述
べる。
の超小型回路への応用に適した超小型の薄膜バリスタを
提供するものであり、以下に実施例と共にその詳細を述
べる。
鏡面に研磨したアルミナセラミック板を基板とし、白金
をターゲットとして、Ａｒ雰囲気中での高周波スパッタ
リングにより、アルミナセラミック基板上に白金のスパ
ッタ膜を形成した。つぎに白金膜の上にマスクをのせて
、Ｚｎ０（９５，９モル％）Ｂｉ２０３（１，０モル％
）、Ｃｏ２０３（０，６モル％）。
をターゲットとして、Ａｒ雰囲気中での高周波スパッタ
リングにより、アルミナセラミック基板上に白金のスパ
ッタ膜を形成した。つぎに白金膜の上にマスクをのせて
、Ｚｎ０（９５，９モル％）Ｂｉ２０３（１，０モル％
）、Ｃｏ２０３（０，６モル％）。
ＭｎＯ２（０−６モル％）、５ｂ２０３（１，０モル％
） ＊Ｃｒ ２０ｓ（０，１モル％） ｔ ＮｉＯ（１
−０％ ル％ ） カら成る焼結体をターゲットとし、
白金膜上に、上記組成から成るスパッタ膜を形成した。
） ＊Ｃｒ ２０ｓ（０，１モル％） ｔ ＮｉＯ（１
−０％ ル％ ） カら成る焼結体をターゲットとし、
白金膜上に、上記組成から成るスパッタ膜を形成した。
次に空気中で９５０°Ｃで５分熱処理した後、Ｚｎ０ｉ
主成分とする膜の上に、更に真空蒸着によってＡｌ電極
を設けた。得られた素子の断面図を第１図に示す３図に
おいて、１はアルミナセラミック基板、２は白金電極、
３はＺｎ０ｉ主成分とする膜、４はＡｌ電極であるっ電
極２−４間の電圧−電流特性を調べた結果、約１ｏＯｖ
で立上る顕著な非オーム性を示し、αとして５０以上の
ものが得られた。走査型電子顕微鏡を用いて、得られた
膜の微細構造を調べた結果、ＺｎＯ主成分膜の厚みは、
約５０００人で、非常に細かいＺｎＯ微結晶と添加物の
一部が偏析した粒界から成っていることがわかった。し
たがって１騙あたりの立上り電圧に換算して約２００Ｋ
ＶＯものが得られた。
主成分とする膜の上に、更に真空蒸着によってＡｌ電極
を設けた。得られた素子の断面図を第１図に示す３図に
おいて、１はアルミナセラミック基板、２は白金電極、
３はＺｎ０ｉ主成分とする膜、４はＡｌ電極であるっ電
極２−４間の電圧−電流特性を調べた結果、約１ｏＯｖ
で立上る顕著な非オーム性を示し、αとして５０以上の
ものが得られた。走査型電子顕微鏡を用いて、得られた
膜の微細構造を調べた結果、ＺｎＯ主成分膜の厚みは、
約５０００人で、非常に細かいＺｎＯ微結晶と添加物の
一部が偏析した粒界から成っていることがわかった。し
たがって１騙あたりの立上り電圧に換算して約２００Ｋ
ＶＯものが得られた。
次に、熱処理する以前のＺｎＯ主成分膜に、同様にして
Ａ／電極を設けて、Ｖ−Ｉ特性を測定した。
Ａ／電極を設けて、Ｖ−Ｉ特性を測定した。
この場合には顕著な非オーム性現象は見られなかった。
この膜について、走査型電子顕微鏡を用いて微細構造を
観察した結果、ＺｎＯを主成分とする膜は一様で均質な
膜となっており、本実施例で見られたような粒界構造は
見られなかった。
観察した結果、ＺｎＯを主成分とする膜は一様で均質な
膜となっており、本実施例で見られたような粒界構造は
見られなかった。
上記検討結果から明らかなように、本発、明に、より得
られる薄膜バリスタは、スノくツタリングという手法を
用いて、添加物が原子オーダーで均一に混合された膜を
形成し、そこから熱処理によって添加物を粒界に偏析さ
せ、ＺｎＯの超微結晶粒子と粒界を形成させることによ
りはじめて得られたもので、従来の粉体の圧縮成型、焼
成方法では決して得られない、超薄膜で実用的立上り電
圧を有するバリスタを供給することができるものである
。
られる薄膜バリスタは、スノくツタリングという手法を
用いて、添加物が原子オーダーで均一に混合された膜を
形成し、そこから熱処理によって添加物を粒界に偏析さ
せ、ＺｎＯの超微結晶粒子と粒界を形成させることによ
りはじめて得られたもので、従来の粉体の圧縮成型、焼
成方法では決して得られない、超薄膜で実用的立上り電
圧を有するバリスタを供給することができるものである
。
更に、この薄膜バリスタは超薄膜構造であるため、回路
ノー、Ｍノ目ど Ｉｌｌシ、 ｌ′ ＾ イ、 ｒ ノ
＆、ｌ ４． ｌμＩん、１１ノ Ｍ’ＬＳＩ店
板の上に作り込むことも可能なため、超小型実装が可能
となるものである。
ノー、Ｍノ目ど Ｉｌｌシ、 ｌ′ ＾ イ、 ｒ ノ
＆、ｌ ４． ｌμＩん、１１ノ Ｍ’ＬＳＩ店
板の上に作り込むことも可能なため、超小型実装が可能
となるものである。
なお、本実施例では特定のＺｎＯノ＜ ＩＪスタ用組成
をターゲットとして用いたが、その原理から考えて、Ｚ
ｎ０ｉ主成分とし、粒界で非オーム性を生ずするのに有
効な添加物を含む組成であれば、いずれを用いても、同
様の手法を用いて薄膜バリスタを形成し得ることは明ら
かであり、実際、Ｂａ 、 Ｓｒ 。
をターゲットとして用いたが、その原理から考えて、Ｚ
ｎ０ｉ主成分とし、粒界で非オーム性を生ずするのに有
効な添加物を含む組成であれば、いずれを用いても、同
様の手法を用いて薄膜バリスタを形成し得ることは明ら
かであり、実際、Ｂａ 、 Ｓｒ 。
Ｐｒ 、 Ｐｂなどを添加物として含むものを用いても
同様のプロセスでバリスタを形成することができた。
同様のプロセスでバリスタを形成することができた。
また、本実施例では熱処理温度として９６０ ’Ｃを用
いたが、粒界が形成される温度以上であれば基本的に非
オーム性現象が観測された。本実施例の組成の場合には
５００ ’Ｃ以上の熱処理によって非オーム性が得られ
た。すなわち熱処理温度として、粒界の形成される温度
、言い換えれば、熱によって膜中でＺｎＯの微結晶化が
起こり、その粒界に添加物が偏析を始める温度以上をと
れば、基本的にバリスタになることがわかった。
いたが、粒界が形成される温度以上であれば基本的に非
オーム性現象が観測された。本実施例の組成の場合には
５００ ’Ｃ以上の熱処理によって非オーム性が得られ
た。すなわち熱処理温度として、粒界の形成される温度
、言い換えれば、熱によって膜中でＺｎＯの微結晶化が
起こり、その粒界に添加物が偏析を始める温度以上をと
れば、基本的にバリスタになることがわかった。
また、本実施例では、高周波スパッタリングを用いて薄
膜を形成したが、類似の膜の形成できる他の薄膜技術２
例えばイオンブレーティング、真空蒸着などの手法を用
いても同様の効果が期待できる。更に、基板の上に形成
した電極は、膜の熱処理温度で抵抗値の大幅に上昇する
ものでなければ、白金にこだわる必要はなく、例えば、
金などを用いても良い。
膜を形成したが、類似の膜の形成できる他の薄膜技術２
例えばイオンブレーティング、真空蒸着などの手法を用
いても同様の効果が期待できる。更に、基板の上に形成
した電極は、膜の熱処理温度で抵抗値の大幅に上昇する
ものでなければ、白金にこだわる必要はなく、例えば、
金などを用いても良い。
また本実施例では、膜の厚み方向の特性を用いたが、膜
の横方向を用いる場合には、電極としてＡｌ ｆ用いる
こともできる。第２図は、その実施例を示した薄膜バリ
スタの断面図で、図において、６は鏡面に研磨されたア
ルミナ基板、６は前記第１の実施例と同一の手順で形成
、熱処理されたバリスタ作用を有する薄膜、７，８は上
記薄膜の上に設けられた１対の電極で、７，８間の膜の
横方向の特性を利用する構成となっている。このような
構成とした場合、電極は後から形成すれば良いので、熱
処理による変化を考慮する必要はなく、融点の低い、Ａ
ｌの蒸着電極を用いることもできる、 本実施例で用いた高周波スパッタリングとは、低真空中
で放電を起こし、ガスをイオン化して、そのイオンを電
界で加速してターゲットに衝突させ、ターゲットより構
成原子をはじき飛ばし、対向して設けられた基板上にタ
ーゲット構成原子を再び積もらせるようにする技術で、
薄膜形成技術として知られている。高周波を用いたもの
は、とくに本発明のような複合酸化物のスパッタリング
膜形成に適している。前記実施例では、５Ｘ１０’Ｔｏ
ｒｒのＡ／ガス中で約２ Ｗ ／ Ｃｉの電力を加え約
２時間スパッタリンクラ行った。膜厚は、スパンる。
の横方向を用いる場合には、電極としてＡｌ ｆ用いる
こともできる。第２図は、その実施例を示した薄膜バリ
スタの断面図で、図において、６は鏡面に研磨されたア
ルミナ基板、６は前記第１の実施例と同一の手順で形成
、熱処理されたバリスタ作用を有する薄膜、７，８は上
記薄膜の上に設けられた１対の電極で、７，８間の膜の
横方向の特性を利用する構成となっている。このような
構成とした場合、電極は後から形成すれば良いので、熱
処理による変化を考慮する必要はなく、融点の低い、Ａ
ｌの蒸着電極を用いることもできる、 本実施例で用いた高周波スパッタリングとは、低真空中
で放電を起こし、ガスをイオン化して、そのイオンを電
界で加速してターゲットに衝突させ、ターゲットより構
成原子をはじき飛ばし、対向して設けられた基板上にタ
ーゲット構成原子を再び積もらせるようにする技術で、
薄膜形成技術として知られている。高周波を用いたもの
は、とくに本発明のような複合酸化物のスパッタリング
膜形成に適している。前記実施例では、５Ｘ１０’Ｔｏ
ｒｒのＡ／ガス中で約２ Ｗ ／ Ｃｉの電力を加え約
２時間スパッタリンクラ行った。膜厚は、スパンる。
以上の説明から明らかなように本発明は、半導体デバイ
ス形成の分野で用いられる薄膜形成技術と、セラミック
技術（多結晶体焼結技術）をうまく結合させることによ
って、従来のセラミックス技術では得られない薄膜バリ
スタを提供できるものであり、その実用上の価値は多大
である。
ス形成の分野で用いられる薄膜形成技術と、セラミック
技術（多結晶体焼結技術）をうまく結合させることによ
って、従来のセラミックス技術では得られない薄膜バリ
スタを提供できるものであり、その実用上の価値は多大
である。
第１図は本発明の一実施例により得られる薄膜バリスタ
の断面図、第２図は本発明の他の実施例により得られる
薄膜ノくリスクの断面図である。 １．６・−・・−・アルミナ基板、２ ｍ ’ ＊ ”
＋ ８゜・・・・電極、３．６−・・・・・Ｚｎ０ｉ
主成分とする膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ｒ／１か」名
第１図 ゛ ４ ．３ ゛ｌ 第２図 ゛ゝｊ
の断面図、第２図は本発明の他の実施例により得られる
薄膜ノくリスクの断面図である。 １．６・−・・−・アルミナ基板、２ ｍ ’ ＊ ”
＋ ８゜・・・・電極、３．６−・・・・・Ｚｎ０ｉ
主成分とする膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ｒ／１か」名
第１図 ゛ ４ ．３ ゛ｌ 第２図 ゛ゝｊ
Claims (1)
- ＺｎＯとバリスタとして有効な添加物から成るりその後
処理によって、薄膜内部にＺｎＯ結晶粒子と、添加物の
偏析した粒界とを形成せしめることを特徴とする薄膜バ
リスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56186277A JPS5886704A (ja) | 1981-11-19 | 1981-11-19 | 薄膜バリスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56186277A JPS5886704A (ja) | 1981-11-19 | 1981-11-19 | 薄膜バリスタの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5886704A true JPS5886704A (ja) | 1983-05-24 |
| JPS6253925B2 JPS6253925B2 (ja) | 1987-11-12 |
Family
ID=16185474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56186277A Granted JPS5886704A (ja) | 1981-11-19 | 1981-11-19 | 薄膜バリスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5886704A (ja) |
-
1981
- 1981-11-19 JP JP56186277A patent/JPS5886704A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6253925B2 (ja) | 1987-11-12 |
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