JPS63202003A - 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
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- JPS63202003A JPS63202003A JP62034340A JP3434087A JPS63202003A JP S63202003 A JPS63202003 A JP S63202003A JP 62034340 A JP62034340 A JP 62034340A JP 3434087 A JP3434087 A JP 3434087A JP S63202003 A JPS63202003 A JP S63202003A
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- JP
- Japan
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- thin film
- zno
- varistor
- polycrystalline
- film
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- Pending
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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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、電子機器の小型化（一応じて、その中の電
子回路に組み込むのに適した薄＠／（リスクの製造方法
に関するものである。
子回路に組み込むのに適した薄＠／（リスクの製造方法
に関するものである。
従来、ＩＣやＬＳＩ等の電子機器の電子回路を異常過電
圧から保護するため、印加する電圧が高くなると抵抗が
急激に減少する、ＺｎＯを主成分とし、Ｂｉ２Ｏ３、Ｃ
ｏ２Ｏ３ｌＭｎＯ２、および５ｂ２０３等を副成分とす
るＺｎＯ焼結体バリスタが広く実用化されており、この
ようなバリスタの電圧（Ｖ）−を流（Ｉ）特性はＩ Ｑ
ＣＶ によって表わされ、このα：電圧非直線指数が
大きいほど非オーム性のすぐれた、すなわち過電圧に対
して鋭敏に作動するバリスタとなり、現在のところα−
５０〜１００程度のものが得られている。
圧から保護するため、印加する電圧が高くなると抵抗が
急激に減少する、ＺｎＯを主成分とし、Ｂｉ２Ｏ３、Ｃ
ｏ２Ｏ３ｌＭｎＯ２、および５ｂ２０３等を副成分とす
るＺｎＯ焼結体バリスタが広く実用化されており、この
ようなバリスタの電圧（Ｖ）−を流（Ｉ）特性はＩ Ｑ
ＣＶ によって表わされ、このα：電圧非直線指数が
大きいほど非オーム性のすぐれた、すなわち過電圧に対
して鋭敏に作動するバリスタとなり、現在のところα−
５０〜１００程度のものが得られている。
この２００焼結体バリスタ（−おける上記のようなバリ
スタ特性の発現は、その焼結体中のＺｎＯ粒子間の粒界
に存在する、前記副成分で形成される電位障壁に起因し
ており、そのため、バリスタの立上り電圧は、電極間に
直列（＝並んでいる粒界の数に比例するので、ＺｎＯ粒
子の粒径と焼結体の厚みによって決定される。
スタ特性の発現は、その焼結体中のＺｎＯ粒子間の粒界
に存在する、前記副成分で形成される電位障壁に起因し
ており、そのため、バリスタの立上り電圧は、電極間に
直列（＝並んでいる粒界の数に比例するので、ＺｎＯ粒
子の粒径と焼結体の厚みによって決定される。
したがって、所定の立上り電圧を有するバリスタを得る
ためには、自動的にその厚みが決ってしまうところから
、民生用として使用される立上り電圧：１００〜２００
ｖを有するＺｎＯ焼結体バリスタでは、通常１ｒｍ程度
の厚みが必要となる。
ためには、自動的にその厚みが決ってしまうところから
、民生用として使用される立上り電圧：１００〜２００
ｖを有するＺｎＯ焼結体バリスタでは、通常１ｒｍ程度
の厚みが必要となる。
一方、近年では電子部品の小型化、高密度化が進んで、
各種の軽歌小型化された民生用電子機器が開発されるよ
うになって、これらの電子機器の中に組み込まれている
半導体ＩＣ％ＬＳＩを異常過電圧から保護する必要に迫
られているが、上記のＺｎＯ焼結体バリスタでは、立上
り電圧に応じてその厚みが決ってしまうため、小型化に
限界があり、そこでこの小型化の要望に対して、 Ｚｎ
Ｏと、Ｂｉ２Ｏ３、ＣＯ２Ｏ３９Ｍｎ０２ ＋および５
ｂ２０３等のバリア、９として有効な添加物とからなる
ターゲットを用い、高周波スパッタリング法（＝よって
基板上に前記ターゲットと同一組成のアモルファス薄膜
を形成した後、５００℃に加熱処理することにより、前
記薄膜内部でＺｎＯの微結晶化と、それによって形成さ
れたＺｎＯ粒界への前記添加物の偏析とを起こして、前
記アモルファス薄膜を、ＺｎＯ粒界に前記添加物が偏析
したＺｎＯ多結晶嘆とする、約５００ＯＡの厚みで約１
００ｖの立上り電圧を示す薄膜バリスタの製造方法が提
案されている（特開昭５８−８６７０４号公報参照）。
各種の軽歌小型化された民生用電子機器が開発されるよ
うになって、これらの電子機器の中に組み込まれている
半導体ＩＣ％ＬＳＩを異常過電圧から保護する必要に迫
られているが、上記のＺｎＯ焼結体バリスタでは、立上
り電圧に応じてその厚みが決ってしまうため、小型化に
限界があり、そこでこの小型化の要望に対して、 Ｚｎ
Ｏと、Ｂｉ２Ｏ３、ＣＯ２Ｏ３９Ｍｎ０２ ＋および５
ｂ２０３等のバリア、９として有効な添加物とからなる
ターゲットを用い、高周波スパッタリング法（＝よって
基板上に前記ターゲットと同一組成のアモルファス薄膜
を形成した後、５００℃に加熱処理することにより、前
記薄膜内部でＺｎＯの微結晶化と、それによって形成さ
れたＺｎＯ粒界への前記添加物の偏析とを起こして、前
記アモルファス薄膜を、ＺｎＯ粒界に前記添加物が偏析
したＺｎＯ多結晶嘆とする、約５００ＯＡの厚みで約１
００ｖの立上り電圧を示す薄膜バリスタの製造方法が提
案されている（特開昭５８−８６７０４号公報参照）。
しかしながら、上記の薄膜バリスタの製造方法において
は、アモルファス薄膜を熱処理して、それを結晶化する
際に、その薄膜が体積変化を起こして基体から剥離した
り、あるいは薄膜バリスタ中にクラックが生ずるという
問題があった。
は、アモルファス薄膜を熱処理して、それを結晶化する
際に、その薄膜が体積変化を起こして基体から剥離した
り、あるいは薄膜バリスタ中にクラックが生ずるという
問題があった。
そこで、本発明者等は、このような状況に鑑みて種々研
究を重ねた結果、 Ｂ２Ｏ３等の添加物（以下、単に添加物ともいう）を含
まないＺｎＯ単味のターゲツト材を用いて、スパッタリ
ング法により薄膜を形成すると、この薄膜はアモルファ
ス膜とはならないで、ＺｎＯ単味の多結晶質膜となると
ころに着目して、この薄膜の上に、前記添加物からなる
薄膜を任意の成膜法により形成させた後、これらの薄膜
に熱処理を施すと、前記添加物はＺｎＯ単味の多結晶質
膜中の粒界に拡散、偏析して、 ＺｎＯ薄膜バリスタが
生成し、そして前記ＺｎＯ単味の多結晶質膜は、成膜し
たとき既に結晶質となっているところから、前記熱処理
に際して、従来法でみられるような結晶化に基づく剥離
やクラックを生じないで、健全な薄膜バリスタとなるこ
と、 を見出した。
究を重ねた結果、 Ｂ２Ｏ３等の添加物（以下、単に添加物ともいう）を含
まないＺｎＯ単味のターゲツト材を用いて、スパッタリ
ング法により薄膜を形成すると、この薄膜はアモルファ
ス膜とはならないで、ＺｎＯ単味の多結晶質膜となると
ころに着目して、この薄膜の上に、前記添加物からなる
薄膜を任意の成膜法により形成させた後、これらの薄膜
に熱処理を施すと、前記添加物はＺｎＯ単味の多結晶質
膜中の粒界に拡散、偏析して、 ＺｎＯ薄膜バリスタが
生成し、そして前記ＺｎＯ単味の多結晶質膜は、成膜し
たとき既に結晶質となっているところから、前記熱処理
に際して、従来法でみられるような結晶化に基づく剥離
やクラックを生じないで、健全な薄膜バリスタとなるこ
と、 を見出した。
この発明は、上記知見に基づいて発明されたもので、剥
離やクラックを生じないで基板上に健全なＺｎＯ薄膜バ
リスタを形成できる、ＺｎＯ薄膜バリスタの製造方法を
提供することを目的とし、スパッタリング法を用いて、
基板上にＺｎＯ多結晶質薄膜を形成させ、ついでこのＺ
ｎＯ多結晶質薄膜上に、ＺｎＯバリスタを形成させるの
に有効な添加物の薄膜を形成させた後、これらの薄膜を
熱処理して、前記添加物を前記ＺｎＯ多結晶質薄膜中の
粒界に拡散、偏析させることを特徴とするものである。
離やクラックを生じないで基板上に健全なＺｎＯ薄膜バ
リスタを形成できる、ＺｎＯ薄膜バリスタの製造方法を
提供することを目的とし、スパッタリング法を用いて、
基板上にＺｎＯ多結晶質薄膜を形成させ、ついでこのＺ
ｎＯ多結晶質薄膜上に、ＺｎＯバリスタを形成させるの
に有効な添加物の薄膜を形成させた後、これらの薄膜を
熱処理して、前記添加物を前記ＺｎＯ多結晶質薄膜中の
粒界に拡散、偏析させることを特徴とするものである。
１、スパッタリング法によるＺｎＯ多結晶質薄膜の形成
この発明においては、高周波スパッタリングが好都合に
便用され、これらのスパッタリング法により、通常、Ｚ
ｎＯ焼結体をターゲツト材として、石英ガラス、アルミ
ナ等からなる基板上に、厚さ： ５０００〜２０００Ｏ
ＡのＺｎＯ多結晶質薄膜が形成され、この薄膜を溝成す
るＺｎＯ結晶粒の平均粒径は通常３００〜２０００人で
ある。
便用され、これらのスパッタリング法により、通常、Ｚ
ｎＯ焼結体をターゲツト材として、石英ガラス、アルミ
ナ等からなる基板上に、厚さ： ５０００〜２０００Ｏ
ＡのＺｎＯ多結晶質薄膜が形成され、この薄膜を溝成す
るＺｎＯ結晶粒の平均粒径は通常３００〜２０００人で
ある。
２、添加物の薄膜の形成
ＺｎＯ多結晶質薄膜中のＺｎＯ粒界に存在して、この薄
膜にバリスタ特性を付与する添加物としては、従来Ｚｎ
Ｏバリスタにおいて使用されているあらゆる添加物、例
えばＢｉ２Ｏ３＝ Ｃｏ２Ｏ３２Ｍｎ０２．５ｂ２０３
。
膜にバリスタ特性を付与する添加物としては、従来Ｚｎ
Ｏバリスタにおいて使用されているあらゆる添加物、例
えばＢｉ２Ｏ３＝ Ｃｏ２Ｏ３２Ｍｎ０２．５ｂ２０３
。
Ｂｉ 、 Ｃｒ２Ｏ３、ＮｉＯ等を使用することができ
、これらの添加物からなる薄膜は、上記ＺｎＯ多結晶質
薄膜が基体上に形成された後、前記添加物のいずれか１
種または２種以上からなる焼結体をターゲット材として
、前記第１項で述べたスパッタリング法のいずれかによ
り、あるいはその池の適宜の成膜法、例えば真空蒸着に
より、前記ＺｎＯ多結晶質薄膜上に、通常１００〜６ｏ
ｏｉの厚みに成膜される。
、これらの添加物からなる薄膜は、上記ＺｎＯ多結晶質
薄膜が基体上に形成された後、前記添加物のいずれか１
種または２種以上からなる焼結体をターゲット材として
、前記第１項で述べたスパッタリング法のいずれかによ
り、あるいはその池の適宜の成膜法、例えば真空蒸着に
より、前記ＺｎＯ多結晶質薄膜上に、通常１００〜６ｏ
ｏｉの厚みに成膜される。
３、 熱処理
上述のＺｎＯ多結晶質薄膜と添加物薄膜に熱処理を施す
ことにより、添加物薄膜を構成している添加物は、この
薄膜と隣接しているＺｎＯ多結晶質薄膜中に拡散、偏析
して、そのＺｎＯ多結晶質薄膜中Ｃ二電位障壁を形成し
、それによってＺｎＯ多結晶質薄膜をＺｎＯ薄膜バリス
タに変えるが、このような添加物の拡散、偏析を起こさ
せる熱処理は、一般に、前記２種の薄膜を、加熱炉中、
アルゴンや空気等の雰囲気の下で、温度：４００〜７０
０’Ｃ＋二６０〜３００分間保持することによって、遂
行される。
ことにより、添加物薄膜を構成している添加物は、この
薄膜と隣接しているＺｎＯ多結晶質薄膜中に拡散、偏析
して、そのＺｎＯ多結晶質薄膜中Ｃ二電位障壁を形成し
、それによってＺｎＯ多結晶質薄膜をＺｎＯ薄膜バリス
タに変えるが、このような添加物の拡散、偏析を起こさ
せる熱処理は、一般に、前記２種の薄膜を、加熱炉中、
アルゴンや空気等の雰囲気の下で、温度：４００〜７０
０’Ｃ＋二６０〜３００分間保持することによって、遂
行される。
ついで、この発明を実施例によって説明する。
実施例１
ターゲツト材と−してＺｎＯ焼結体を、また真空蒸着の
原料として純度：９９．９％の１３ｉ板材を用意し、ま
ず、（Ａｒ ＋ ０２ ） 、ガス雰囲気中で、高周波
スパッタリングにより、第１図のａ）に示されるように
、厚さ：１■の円い石英ガラス基板１上に厚さ＝１）Ｉ
ｍ Ｘ ｌｉ径： ３．ａｍを有するＺｎＯ多結晶質
薄膜２を形成させた後、この薄膜２の上に、真空蒸着に
より厚さ：約２ｏｏｉのＢｉ薄膜３を形成させた。
原料として純度：９９．９％の１３ｉ板材を用意し、ま
ず、（Ａｒ ＋ ０２ ） 、ガス雰囲気中で、高周波
スパッタリングにより、第１図のａ）に示されるように
、厚さ：１■の円い石英ガラス基板１上に厚さ＝１）Ｉ
ｍ Ｘ ｌｉ径： ３．ａｍを有するＺｎＯ多結晶質
薄膜２を形成させた後、この薄膜２の上に、真空蒸着に
より厚さ：約２ｏｏｉのＢｉ薄膜３を形成させた。
ついで、基板１上に順次析出形成させた上記薄膜１およ
び２に、加熱炉中Ａｔ雰囲気の下に温度＝５００℃に４
時間加熱保持する熱処理を施して、ＺｎＯ薄膜中の粒界
中にＢｉを拡散、偏析させ、それによってこのＺｎＯ薄
膜にバリスタ特性を与えた。
び２に、加熱炉中Ａｔ雰囲気の下に温度＝５００℃に４
時間加熱保持する熱処理を施して、ＺｎＯ薄膜中の粒界
中にＢｉを拡散、偏析させ、それによってこのＺｎＯ薄
膜にバリスタ特性を与えた。
その後、ＺｎＯ薄膜上に残留しているＢｉ薄膜を完全に
除去するため、５％硝酸で洗浄し、水洗し、乾燥した後
、第１図のｂ）−二示されるように、ＺｎＯ薄膜バリス
タ４のまわりに環状のＭ電極５を真空蒸着により形成し
て、バリスタ素子とした。
除去するため、５％硝酸で洗浄し、水洗し、乾燥した後
、第１図のｂ）−二示されるように、ＺｎＯ薄膜バリス
タ４のまわりに環状のＭ電極５を真空蒸着により形成し
て、バリスタ素子とした。
以上の方法によって５０個のバリスタ素子を作製したと
ころ、前記熱処理によるＺｎＯ薄膜の剥離とクラックは
全く生じなかった。 なお、これらの素子のバリスタ特
性を示す立上り電圧およびα値はそれぞれ９５Ｖおよび
６０であった。
ころ、前記熱処理によるＺｎＯ薄膜の剥離とクラックは
全く生じなかった。 なお、これらの素子のバリスタ特
性を示す立上り電圧およびα値はそれぞれ９５Ｖおよび
６０であった。
実施例２
厚さ＝１圏の円い石英基板１上に、真空蒸着により厚さ
＝２μｍのｐｔ電極膜６を形成し、このｐｔ電極嘆６の
上に、実施例１に形成させたのと同様な厚さ：１１Ｉｍ
のＺｎＯ多結晶質薄膜を形成し、さらに、このＺｎＯ薄
膜上に、高周波スパッタリングによって＠厚：３ｏｏｉ
のＢｉ２Ｏ３薄膜を形成した後、これらのＺｎＯ薄膜お
よびＢｉ２Ｏ３薄嘆に、大気中で温度＝６００℃に５時
間加熱保持する熱処理を施して、ＺｎＯ多結晶質薄膜に
バリスタ特性を与え、ついでこのようにして製造された
ＺｎＯ薄膜バリスタ７の上にＭ電極５を真空蒸着により
形成して、第２図に示されるようなバリスタ素子を製造
した。
＝２μｍのｐｔ電極膜６を形成し、このｐｔ電極嘆６の
上に、実施例１に形成させたのと同様な厚さ：１１Ｉｍ
のＺｎＯ多結晶質薄膜を形成し、さらに、このＺｎＯ薄
膜上に、高周波スパッタリングによって＠厚：３ｏｏｉ
のＢｉ２Ｏ３薄膜を形成した後、これらのＺｎＯ薄膜お
よびＢｉ２Ｏ３薄嘆に、大気中で温度＝６００℃に５時
間加熱保持する熱処理を施して、ＺｎＯ多結晶質薄膜に
バリスタ特性を与え、ついでこのようにして製造された
ＺｎＯ薄膜バリスタ７の上にＭ電極５を真空蒸着により
形成して、第２図に示されるようなバリスタ素子を製造
した。
以上の方法により５０個のバリスタ素子を作製して、そ
れらのＺｎＯ薄膜の健全性について調査したところ、実
施例１と同様（−１前記熱処理によるＺｎＯ薄膜の剥離
とクラックは全く生じていないことがわかった。
れらのＺｎＯ薄膜の健全性について調査したところ、実
施例１と同様（−１前記熱処理によるＺｎＯ薄膜の剥離
とクラックは全く生じていないことがわかった。
なお、上記のような構造を有するバリスタ素子において
は、熱処理後にＢｉ２Ｏ３薄膜が残留していても、バリ
スタ特性を得ることができる。 また、これらの素子の
バリスタ特性を測定したところ、立上り電圧およびα値
はそれぞれ１２Ｖおよび６０であった。 このように立
上り電圧が実施例１と較べて低いのは、ＺｎＯ薄膜中の
ＺｎＯ結晶粒がその薄膜の厚み方向（ユ成長して、その
方向に並んだＺｎＯ結晶粒界の数が比較的少なくなって
いるためであった。
は、熱処理後にＢｉ２Ｏ３薄膜が残留していても、バリ
スタ特性を得ることができる。 また、これらの素子の
バリスタ特性を測定したところ、立上り電圧およびα値
はそれぞれ１２Ｖおよび６０であった。 このように立
上り電圧が実施例１と較べて低いのは、ＺｎＯ薄膜中の
ＺｎＯ結晶粒がその薄膜の厚み方向（ユ成長して、その
方向に並んだＺｎＯ結晶粒界の数が比較的少なくなって
いるためであった。
以上述べた説明から明らかなように、この発明によると
、クラックや基板からの剥離を生ずることなく、種々の
小型化した電子機器Ｃ二組み込むのに適した健全なＺｎ
Ｏ薄膜バリスタを提供できるという産業上有用な効果が
得られる。
、クラックや基板からの剥離を生ずることなく、種々の
小型化した電子機器Ｃ二組み込むのに適した健全なＺｎ
Ｏ薄膜バリスタを提供できるという産業上有用な効果が
得られる。
＄１図のａ）はこの発明の実施例ζ二おける成膜状態を
示す断面図、第１図のｂ）は前記実施例Ｃ；よって製造
された薄膜バリスタをバリスタ素子として示す断面図、
そして第２図はこの発明の別の実施例によって製造され
た薄膜バリスタをバリスタ素子として示す断面図である
。 図において１・・・石英ガラス基板、 ２・・・
ＺｎＯ多結晶質薄膜。 ３・・・Ｂｉ薄模、 ４，７・・・ＺｎＯ薄嘆バ
リスタ。 ５・・・Ｍ電極、 ６・・・ｐｔ電極。
示す断面図、第１図のｂ）は前記実施例Ｃ；よって製造
された薄膜バリスタをバリスタ素子として示す断面図、
そして第２図はこの発明の別の実施例によって製造され
た薄膜バリスタをバリスタ素子として示す断面図である
。 図において１・・・石英ガラス基板、 ２・・・
ＺｎＯ多結晶質薄膜。 ３・・・Ｂｉ薄模、 ４，７・・・ＺｎＯ薄嘆バ
リスタ。 ５・・・Ｍ電極、 ６・・・ｐｔ電極。
Claims (1)
- スパッタリング法を用いて、基板上にＺｎＯ多結晶質
薄膜を形成させ、ついでこのＺｎＯ多結晶質薄膜上に、
ＺｎＯバリスタを形成させるのに有効な添加物の薄膜を
形成させた後、これらの薄膜を熱処理して、前記添加物
を前記ＺｎＯ多結晶質薄膜中の粒界に拡散、偏析させる
ことを特徴とする、ＺｎＯ多結晶質薄膜中の粒界に前記
添加物が拡散、偏析してなる薄膜バリスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62034340A JPS63202003A (ja) | 1987-02-17 | 1987-02-17 | 薄膜バリスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62034340A JPS63202003A (ja) | 1987-02-17 | 1987-02-17 | 薄膜バリスタの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63202003A true JPS63202003A (ja) | 1988-08-22 |
Family
ID=12411411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62034340A Pending JPS63202003A (ja) | 1987-02-17 | 1987-02-17 | 薄膜バリスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63202003A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5886702A (ja) * | 1981-11-19 | 1983-05-24 | 松下電器産業株式会社 | バリスタの製造方法 |
-
1987
- 1987-02-17 JP JP62034340A patent/JPS63202003A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5886702A (ja) * | 1981-11-19 | 1983-05-24 | 松下電器産業株式会社 | バリスタの製造方法 |
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