JPH01259504A - Manufacture of laminated thin film with resistance nonlinear in voltage - Google Patents

Manufacture of laminated thin film with resistance nonlinear in voltage

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JPH01259504A
JPH01259504A JP63088651A JP8865188A JPH01259504A JP H01259504 A JPH01259504 A JP H01259504A JP 63088651 A JP63088651 A JP 63088651A JP 8865188 A JP8865188 A JP 8865188A JP H01259504 A JPH01259504 A JP H01259504A
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Japan
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film
voltage
thin film
atmosphere
zno
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JP63088651A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Watanabe
渡邊 壽
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Empire Airport Service Co Ltd
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Empire Airport Service Co Ltd
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Publication date
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  • Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide the title thin film of a high nonlinear voltage exponent without requiring any heat treatment because of its having high adhesive force to a substrate by forming a zinc oxide film in the atmosphere of oxygen gas. CONSTITUTION:A nonlinear voltage-resistance thin film is formed by alternately superimposing a ZnO film layer 2 and a Bi2O3 film layer 3 by a rf(radiofrequency) sputtering method. The ZnO film is formed in the atmosphere of O2. Formation speeds of the films are dependent upon various conditions such as target temperature and the like. Accordingly, desired film thicknesses can be obtained by adjusting the various conditions and time periods required for the film formations. Thus, a varistor element thin film layer which has a strong adhesive force to the substrate can be yielded without any heat treatment, characteristics of which can be controlled with ease.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 (産業上の利用分野) 本発明は、電気回路における過電圧保護装置および駆動
回路のスイッチング素子等に使用される電圧非直線抵抗
積層薄膜の製造法に関し、更に詳しくは酸化亜鉛(Zn
O)を主体とする薄膜層と酸化ビスマス(Bi203)
を主体とする薄膜層とを積層してなる電圧非直線抵抗積
層薄膜の製造法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Background of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for manufacturing a voltage nonlinear resistance laminated thin film used for overvoltage protection devices in electric circuits, switching elements of drive circuits, etc. , more specifically, zinc oxide (Zn
Thin film layer mainly composed of O) and bismuth oxide (Bi203)
This invention relates to a method of manufacturing a voltage nonlinear resistance laminated thin film formed by laminating thin film layers mainly composed of.

(従来の技術および発明が解決しようとする課題)電圧
非直線抵抗素子は一般にバリスタと呼ばれ、その優れた
非直線電圧−電流特性は回路の電圧安定化、あるいはサ
ージ吸収を目的として広く利用されている。その代表的
なものとして酸化亜鉛バリスタがある。
(Prior art and problems to be solved by the invention) Voltage nonlinear resistance elements are generally called varistors, and their excellent nonlinear voltage-current characteristics are widely used for the purpose of voltage stabilization or surge absorption in circuits. ing. A typical example is zinc oxide varistor.

現在多量に市販され、使用されている酸化亜鉛バリスタ
は、ZnOを主成分として、Bi、Co、〜1n、Cr
などの酸化物を混合し、造粒成形した後、空気中で高温
焼成し、その後電極をつけて構成された、いわゆる粉末
冶金法によって作成されてたものである。
Zinc oxide varistors, which are currently commercially available and used in large quantities, contain ZnO as the main component, Bi, Co, ~1n, Cr.
It was created using the so-called powder metallurgy method, in which oxides such as oxides were mixed, granulated, baked at high temperature in air, and then electrodes were attached.

一方、近年電子部品の小型・高密度実装化が進み、半導
体ICおよびLSIが多く使用されている。その結果、
これらの素子をサージから保護するバリスタ素子につい
ても同様に、超小型化が必要とされている。しかしなが
ら、上述のような粉末冶金法による製法ではバリスタ素
子の微小化に対し限界がある。例えばこの方法で0.1
關角以下の薄膜素子を作製することは困難である。
On the other hand, in recent years, electronic components have become smaller and more densely packaged, and semiconductor ICs and LSIs are increasingly being used. the result,
Similarly, varistor elements that protect these elements from surges are also required to be ultra-miniaturized. However, there is a limit to miniaturization of the varistor element using the powder metallurgy method described above. For example, with this method 0.1
It is difficult to fabricate a thin film element with a diameter smaller than 100 mm.

これらの状況に基づき、ZnOおよび Bi2O3のスパッタリング法によるバリスタ積層薄膜
の製造法が一方で提案されている(特開昭58−867
02号公報、電子情報通信学会技術研究会資料CPM8
5−126)。
Based on these circumstances, a method for manufacturing a varistor laminated thin film by sputtering of ZnO and Bi2O3 has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 58-867).
Publication No. 02, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Technical Study Group Material CPM8
5-126).

特開昭58−86702号公報には、温度に対して安定
な材料からなる基板上に設けた電極の上に、アルゴン(
Ar)ガス雰囲気中で高周波スパッタリング法によって
ZnO膜とBi2O3膜を交互に一層以上積層し、その
後Bi2O3の結晶化温度以上の温度で熱処理すること
を特徴とする、バリスタ積層膜の製造法が開示されてい
る。しかしながら、この方法のように熱処理を必要とす
るのでは実用上制限が生ずる。すなわち、耐熱性の低い
基板、例えば樹脂フィルム基板、に膜形成を必要とする
場合には熱処理は困難であり、従ってこの方法は適用で
きない。
JP-A No. 58-86702 discloses that argon (
(Ar) A method for manufacturing a varistor laminated film is disclosed, which is characterized in that one or more ZnO films and Bi2O3 films are alternately laminated by a high-frequency sputtering method in a gas atmosphere, and then heat-treated at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of Bi2O3. ing. However, since this method requires heat treatment, there are practical limitations. That is, when it is necessary to form a film on a substrate with low heat resistance, such as a resin film substrate, heat treatment is difficult, and therefore this method cannot be applied.

また電子情報通信学会技術研究会資料CPM85−12
6では、ZnO膜をArガス中で、Bi  O膜を酸素
(02)ガス中で育成した場合について検討されている
。しかしながら、この文献には、ZnO膜とBi2O3
膜の2層膜の場合についての検討結果が記載されている
のみであり、また実用化するに際しての膜形成条件の検
討が不完全である。更に、2層膜では特性が非対称特性
となってバリスタ素子として実用上制限がある。
Also, the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers technical study group material CPM85-12
No. 6 discusses the case where a ZnO film is grown in Ar gas and a Bi 2 O film is grown in oxygen (02) gas. However, in this document, ZnO film and Bi2O3
Only the study results for the case of a two-layer film are described, and the study of film formation conditions for practical use is incomplete. Furthermore, the two-layer film has asymmetrical characteristics, which has practical limitations as a varistor element.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

(課題を解決するための手段) 本発明は上記の点に解決を与えるものであり、高周波ス
パッタリング法によってZnO膜層とBi2O3膜層を
交互に積層してなる電圧非直線抵抗薄膜の製造法におい
て、ZnO膜を02の存在する雰囲気中で形成すると、
各種基板に対する付着力が大きなバリスタ素子薄膜層を
熱処理をせずに得ることができ、かつその特性を容易に
制御することが可能であることを見いだしたことに基づ
いて完成されたものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention provides a solution to the above points, and provides a method for manufacturing a voltage non-linear resistance thin film in which ZnO film layers and Bi2O3 film layers are alternately laminated by high frequency sputtering method. , when a ZnO film is formed in an atmosphere containing 02,
This invention was completed based on the discovery that a varistor element thin film layer with strong adhesion to various substrates can be obtained without heat treatment, and that its characteristics can be easily controlled.

要旨 すなわち本発明は、高周波スパッタリング法によって、
基板上に酸化亜鉛膜と酸化ビスマス膜を交互に形成させ
て積層することからなる電圧非直線抵抗積層薄膜の製造
法であって、酸化亜鉛膜の形成を酸素ガスの存在雰囲気
中で行うこと、を特徴とするものである。
Summary: The present invention uses high-frequency sputtering to
A method for producing a voltage non-linear resistance laminated thin film comprising alternately forming and laminating a zinc oxide film and a bismuth oxide film on a substrate, the zinc oxide film being formed in an atmosphere in the presence of oxygen gas; It is characterized by:

発明の効果 本発明によれば、基板に対する付着力が強く、したがっ
て微小素子に加工可能であり、しかも従来のように熱処
理することなしに電圧非直線指数が高く、かつ立ち上が
り電圧が明確かつ所望ならば比較的低い値を有する酸化
亜鉛−酸化ビスマス系の電圧非直線抵抗積層薄膜を提供
することができる。
Effects of the Invention According to the present invention, the adhesion to the substrate is strong, and therefore it can be processed into microelements, the voltage non-linearity index is high without heat treatment as in the conventional method, and the rising voltage is clear and can be formed as desired. For example, it is possible to provide a zinc oxide-bismuth oxide-based voltage nonlinear resistance laminated thin film having a relatively low value.

〔発明の詳細な説明〕[Detailed description of the invention]

(1)スパッタリング法による積層膜の形成本発明の高
周波スパッタリング法は、以下に述べる本発明の条件下
で膜形成を行う点を除けば、またそれによって生ずるこ
とになるべき高周波スバッタリング法に対する改変を除
けば、従来の高周波スパッタリング法と何等変わるとこ
ろはない。
(1) Formation of laminated film by sputtering method The high-frequency sputtering method of the present invention is different from the high-frequency sputtering method that should be produced by this method, except that the film is formed under the conditions of the present invention described below. Other than modifications, there is no difference from the conventional high-frequency sputtering method.

ZnO源およびB 1203 ri、は、常法に従えば
ZnOおよびBi2O3であることがふつうである。
The ZnO source and B 1203 ri are usually ZnO and Bi2O3 according to conventional methods.

本発明において、高周波スパッタリング法によるZnO
膜の形成は、酸素(0□)ガスの存在雰囲気中で行う。
In the present invention, ZnO by high frequency sputtering method
The film is formed in an atmosphere containing oxygen (0□) gas.

ZnO膜のスパッタリング法による形成は、02のみの
雰囲気中でも行うことができるが、高周波スパッタリン
グ法において通常用いられているスパッタリング雰囲気
ガス、例えばアルゴン(Ar)ガス、と02との混合ガ
ス雰囲気中で行うのがより好ましい。このスパッタリン
グ雰囲気ガス、例えばAr、と02の混合ガスの混合比
は体積比で、1〜20:1、好ましくは5〜10:1で
ある。不活性ガス、特にArと02との混合ガスは、樹
脂フィルム上にZnOを第−層ないし基層とする透明な
積層膜を付着性よく形成させるものとして好ましい。
Formation of a ZnO film by sputtering can be performed in an atmosphere of only 02, but it can be performed in a mixed gas atmosphere of 02 and a sputtering atmosphere gas commonly used in high-frequency sputtering, such as argon (Ar) gas. is more preferable. The mixing ratio of this sputtering atmosphere gas, for example Ar, and the mixed gas of 02 is 1 to 20:1, preferably 5 to 10:1, in terms of volume ratio. An inert gas, particularly a mixed gas of Ar and 02, is preferable because it allows a transparent laminated film having ZnO as the sublayer or base layer to be formed on the resin film with good adhesion.

Bi2O3膜の形成は、Arおよび/または0 雰囲気
中で行うことができるが、0゜雰囲気中で行うのが好ま
しい。
The formation of the Bi2O3 film can be performed in an Ar and/or 0.degree. atmosphere, but is preferably performed in a 0.degree. atmosphere.

このスパッタリング雰囲気ガスの圧力は5×10〜I 
X 10−2torr、好ましくは5〜=3 7 X 10 ’torr、より好ましくは6 X 1
0−3torr、である。
The pressure of this sputtering atmosphere gas is 5×10~I
X 10-2 torr, preferably 5 to = 37 X 10 'torr, more preferably 6 X 1
0-3 torr.

本発明では、スパッタリング後の膜層の焼結処理が不要
であることから、本発明を適用して積層膜を形成出来る
基板は広範な材質にわたる。本発明に用いることのでき
る基板としては、ガラス基板、樹脂フィルム、たとえば
ポリエーテルサルホン(PES)フィルム、ポリエチレ
ンテレフタレート(PET)フィルム、さらには電極と
して金属被膜を表面に形成した基板、たとえば金−クロ
ム蒸着膜付ガラス基板、サファイヤ、シリコン等、が好
ましい。特にPESフィルムおよびPETフィルムに積
層膜を形成したものは、フィルムと共に積層膜を所望の
大きさに切断して、基板のフィルムをその後溶解するこ
とによって、微小な積層膜素子を容易に得ることが出来
るので有利である。
Since the present invention does not require sintering of the film layer after sputtering, a wide variety of substrates can be used to form a laminated film by applying the present invention. Substrates that can be used in the present invention include glass substrates, resin films such as polyethersulfone (PES) films, polyethylene terephthalate (PET) films, and substrates with metal coatings formed on the surfaces as electrodes, such as gold A glass substrate with a chromium-deposited film, sapphire, silicon, etc. are preferable. In particular, when a laminated film is formed on a PES film or a PET film, it is possible to easily obtain a minute laminated film element by cutting the laminated film together with the film into a desired size and then melting the film on the substrate. It is advantageous because it can be done.

本発明のスパッタリング時の高周波電力および高周波電
圧の周波数は、所望の効果が得られれば特に限定されな
いが、電力としては0.1〜0.2KW程度で、周波数
としては13. 56MHz程度で行うのが好ましい。
The frequency of the high-frequency power and high-frequency voltage during sputtering of the present invention is not particularly limited as long as the desired effect can be obtained, but the power is about 0.1 to 0.2 KW and the frequency is about 13. It is preferable to perform this at about 56 MHz.

本発明による積層構造体は、各層の種類、配列および層
数は任意である。しかし、前述した通り二層構造はバリ
スタとしての特性が非対称特性となるので好ましくない
。また、外層ないし表層がZnO層によることが好まし
い。
In the laminated structure according to the present invention, the type, arrangement, and number of layers of each layer are arbitrary. However, as described above, the two-layer structure is not preferable because the characteristics as a varistor become asymmetrical. Further, it is preferable that the outer layer or surface layer is a ZnO layer.

従って、本発明によるバリスタ素子の積層膜の形成は、
例えば第1図Aに示すような3層積層構造のバリスタ素
子の場合、上述の条件下で高周波スパッタリング法によ
って、まず基板上にZnO膜を形成し、ついでBi2O
3膜、さらにZnO膜を形成するとの順序でおこなうこ
とが望ましい。
Therefore, the formation of the laminated film of the varistor element according to the present invention is as follows:
For example, in the case of a varistor element with a three-layer laminated structure as shown in FIG.
It is desirable to form three films and then a ZnO film in this order.

膜形成速度は、一般に印加電圧、ターゲット温度等の諸
条件に依存することから、これらの諸条件と膜形成時間
を調整することにより、所望の膜厚を容易に得る二とが
できる。後述するように、作成されたバリスタ素子の特
性はZnO膜およびBi2O3膜の膜厚に大きく依存す
ることから、膜形成の際、膜厚を制御することは重要で
ある。
Since the film formation rate generally depends on conditions such as applied voltage and target temperature, a desired film thickness can be easily obtained by adjusting these conditions and film formation time. As will be described later, the characteristics of the produced varistor element largely depend on the thickness of the ZnO film and the Bi2O3 film, so it is important to control the film thickness during film formation.

ZnOおよびBi2O3薄膜の膜厚は、後述する所望の
電圧非直線指数αおよび所望の立ち上がり電圧の値を実
現できる範囲であれば特に限定されないが、ZnO膜の
膜厚が0. 1〜5μm。
The thicknesses of the ZnO and Bi2O3 thin films are not particularly limited as long as they can achieve the desired voltage non-linearity index α and desired rising voltage values, which will be described later. 1-5 μm.

Bi2O3膜の膜厚が0.01〜1μmの範囲が好まし
い。一般的な傾向として、ZnO膜の膜厚が0.1μm
以下、Bi2O3膜の膜厚が0.01μm以下である積
層膜は、印加電圧の増加に伴い破壊するおそれがあるの
で避けるのが好ましい。また、双方の薄膜が上記の範囲
を超えても、立ち上がり電圧の値の変化が緩慢となり、
経済的でない。
The thickness of the Bi2O3 film is preferably in the range of 0.01 to 1 μm. As a general tendency, the thickness of the ZnO film is 0.1 μm.
Hereinafter, it is preferable to avoid a laminated film in which the Bi2O3 film has a thickness of 0.01 μm or less, since there is a risk of destruction as the applied voltage increases. In addition, even if both thin films exceed the above range, the change in the rise voltage value will be slow,
Not economical.

本発明においては積層膜形成後、焼結等の後処理を行う
ことなく直ちにバリスタ素子と−て用いることが可能で
ある。
In the present invention, after the laminated film is formed, it can be used as a varistor element immediately without performing any post-processing such as sintering.

本発明の方法により形成された積層膜は、基板への付着
力が強いことから、形成した積層膜を基板と共にダイサ
ー等の手段によって所望の大きさに切断することができ
る。これにより微小な積層膜素子を容易に得ることがで
きる。また前述のように、基板が樹脂フィルムである場
合には、切断後、樹脂フィルムを溶解することにより、
積層膜のみを単離することも可能である。この方法によ
れば、例えば基板上に形成した50mmX50mm程度
の積層膜から100μmX100μm以下の微小な素子
を採取することも可能である。
Since the laminated film formed by the method of the present invention has strong adhesion to the substrate, the formed laminated film can be cut together with the substrate into a desired size by means such as a dicer. Thereby, a minute laminated film element can be easily obtained. Furthermore, as mentioned above, if the substrate is a resin film, by dissolving the resin film after cutting,
It is also possible to isolate only the laminated film. According to this method, for example, it is possible to extract minute elements of 100 μm×100 μm or less from a laminated film of about 50 mm×50 mm formed on a substrate.

以上のように形成した積層膜をバリスタ素子とするため
には、この積層膜に電極を形成する必要があるが、その
方法は慣用の方法による。また、あらかじめ金等の蒸着
膜を形成したガラス基板等に積層膜を形成し、この金等
の蒸着膜を電極の一部として用いることも可能である。
In order to use the laminated film formed as described above as a varistor element, it is necessary to form electrodes on this laminated film, which can be done by a conventional method. It is also possible to form a laminated film on a glass substrate or the like on which a vapor-deposited film of gold or the like has been formed in advance, and use this vapor-deposited film of gold or the like as a part of the electrode.

また基板への付着力を改善するために、基板上にあらか
じめAr雰囲気中で膜厚1000A以下程度のZnO膜
を形成し、その上に@層膜を形成することも有効である
Furthermore, in order to improve the adhesion to the substrate, it is also effective to form a ZnO film with a thickness of about 1000 Å or less on the substrate in advance in an Ar atmosphere, and then form an @ layer film thereon.

また、ZnO膜のみを基板へ形成した薄膜形成物は、バ
リスタ素子形成の基体としての利用は無論のこと、Zn
O膜を基体とする他の電子部品の素材としての利用の可
能性もある。この様な用途としては、たとえば、ガスセ
ンサー、表面弾性波フィルター、透明導電膜等が挙げら
れる。特に、本発明によって得られるZnO膜は、基板
への付着力が大で、かつ形成条件によって薄膜層を透明
とすることが可能である点で有利である。
Furthermore, a thin film formed by forming only a ZnO film on a substrate can of course be used as a substrate for forming a varistor element.
There is also the possibility of using the O film as a material for other electronic components. Examples of such uses include gas sensors, surface acoustic wave filters, transparent conductive films, and the like. In particular, the ZnO film obtained by the present invention is advantageous in that it has strong adhesion to the substrate and can be made transparent depending on the formation conditions.

(2)バリスタ素子の特性 積層膜の電圧−電流特性は、通常のバリスタ素子の場合
と同様に、次式のように表わすことができる。
(2) Characteristics of varistor element The voltage-current characteristics of the laminated film can be expressed as in the following equation, as in the case of a normal varistor element.

ここで、■は電流、■は電圧、Cは定数、αは電圧非直
線指数である。電圧非直線指数αは電圧非直線性の程度
を示すもので、この値が大きければ大きい程そのバリス
タ素子の非直線性は優れていると言える。
Here, ■ is a current, ■ is a voltage, C is a constant, and α is a voltage nonlinear index. The voltage nonlinearity index α indicates the degree of voltage nonlinearity, and it can be said that the larger this value is, the better the nonlinearity of the varistor element is.

この電圧非直線指数αは、スパッタリング雰囲気ガス条
件に大きく依存する。特にスパッタリング雰囲気ガス中
に02が存在する場合、またはこの雰囲気ガスが02で
ある場合に、この電圧非直線指数αを極めて大とするこ
とができるので好ましい。
This voltage nonlinearity index α largely depends on the sputtering atmospheric gas conditions. Particularly, it is preferable when 02 is present in the sputtering atmospheric gas or when this atmospheric gas is 02, since this voltage nonlinearity index α can be made extremely large.

また、電圧の変化に対して電流が急激に増加するそのと
きの電圧を立ち上がり電圧というが、この値は、スパッ
タリング雰囲気ガス中の02の存在および薄膜層の膜厚
、特にZnO膜厚に依存する。したがって、本発明にお
いては、このZnO膜厚を制御することにより、所望の
立ち上がり電圧の値を有するバリスタ素子を形成するこ
とが可能である。また、本発明によれば、従来に比較し
てより低い立ち上がり電圧の値を有するバリスタ素子を
得ることが出来る。
Also, the voltage at which the current increases rapidly in response to a change in voltage is called the rising voltage, but this value depends on the presence of 02 in the sputtering atmosphere gas and the thickness of the thin film layer, especially the ZnO film thickness. . Therefore, in the present invention, by controlling the ZnO film thickness, it is possible to form a varistor element having a desired rise voltage value. Further, according to the present invention, it is possible to obtain a varistor element having a lower rise voltage value than the conventional one.

〔実施例〕〔Example〕

以下に実施例および比較例を挙げて、本発明を更に詳述
する。
The present invention will be explained in further detail by giving Examples and Comparative Examples below.

これらの実施例および比較例においては、高周波スパッ
タリング法におけるターゲットとして、高純度酸化亜鉛
円板(100mm径×5龍厚)および高純度酸化ビスマ
ス円板(100mm径X5+n+s厚)を使用した。
In these Examples and Comparative Examples, high-purity zinc oxide disks (100 mm diameter x 5 mm thickness) and high-purity bismuth oxide disks (100 mm diameter x 5+n+s thickness) were used as targets in the high-frequency sputtering method.

スパッタリング時の雰囲気ガス圧力は、約6×10−3
torr 、高周波電源として電力0.15KWのもの
を用い、また高周波電圧の周波数は13.56MHzと
した。
The atmospheric gas pressure during sputtering is approximately 6 x 10-3
torr, a high-frequency power source with a power of 0.15 KW was used, and the frequency of the high-frequency voltage was 13.56 MHz.

また以下で金等の蒸着膜付ガラス基板とは、ガラス基板
上にクロム更に金を厚さ約2000人に形成したものを
いう。
Further, hereinafter, a glass substrate with a deposited film of gold or the like refers to a glass substrate on which chromium and gold are formed to a thickness of approximately 2000 mm.

以下の実施例および比較例は、第1図Bに示すように、
表面にクロム・金の蒸着膜4の付着したガラス基板1′
上に第1層のZn0層2、第2層にBi2O3層3、第
3層にZn0層2を、第1表に示すようなスパッタリン
グ雰囲気の中で形成することによって構成したものであ
る。また、電圧を印加し電流変化を測定するために、金
蒸着膜面上に電極5および第3層のZnO膜の上に電極
6をつけ、このバリスタ素子の電圧−電流特性を測定し
た。
In the following examples and comparative examples, as shown in FIG. 1B,
A glass substrate 1' with a chromium/gold vapor deposited film 4 attached to its surface.
A first Zn0 layer 2, a second Bi2O3 layer 3, and a third Zn0 layer 2 are formed in a sputtering atmosphere as shown in Table 1. Further, in order to apply a voltage and measure changes in current, an electrode 5 was placed on the surface of the gold vapor-deposited film and an electrode 6 was placed on the third layer of ZnO film, and the voltage-current characteristics of this varistor element were measured.

実施例1〜に れらの実施例は、高周波スパッタリング法によって、Z
nO膜を02ガス雰囲気の中で、Bi  O膜を02ガ
ス雰囲気の中で、第1表に示す膜厚に形成してバリスタ
素子を得た例である。
In Examples 1 to 2, Z
This is an example in which a varistor element was obtained by forming an nO film in an O2 gas atmosphere and a Bi2O film in an O2 gas atmosphere to the thickness shown in Table 1.

これらのバリスタ素子の電圧−電流特性は、第2図に示
す通りである。
The voltage-current characteristics of these varistor elements are as shown in FIG.

第2図は、本実施例によって得られたバリスタ素子が、
明確な立ち上がり電圧値を存する、すなわち電圧非直線
指数αが極めて大きな値を有することを示している。
FIG. 2 shows that the varistor element obtained in this example is
This shows that there is a clear rising voltage value, that is, the voltage nonlinearity index α has an extremely large value.

また第2図は、立ち上がり電圧の値が主にZnO膜の膜
厚に依存し、この膜厚を制御することにより、所望の立
ち上がり電圧の値を有するバリスタ素子を得ることが可
能であることを示している。
Figure 2 also shows that the value of the rise voltage mainly depends on the thickness of the ZnO film, and that by controlling this film thickness, it is possible to obtain a varistor element with a desired rise voltage value. It shows.

なお、本実施例と逆にArガス中で形成した膜厚0.4
μmのBi  O膜、および02ガス中で形成した膜厚
0.5μmのZnO膜から構成される積層膜の電圧−電
流特性は、02ガス中で作製した膜厚0.5μmのZn
O膜から構成される積層膜試料である本実施例6のもの
と似たような特性を示したが、不安定で実用的でなかっ
た。
Note that, contrary to this example, the film was formed in Ar gas with a thickness of 0.4
The voltage-current characteristics of a laminated film consisting of a 0.5 μm thick ZnO film formed in 02 gas and a 0.5 μm thick ZnO film formed in 02 gas are as follows.
Although it exhibited characteristics similar to those of Example 6, which is a laminated film sample composed of an O film, it was unstable and impractical.

実施例7〜11 これらの実施例は、ZnO膜を、容積比で5:1のAr
ガスと02ガスの混合ガス雰囲気中で、Bi  O膜を
02ガス雰囲気中で形成した以外は実施例1〜6と同様
に、バリスタ素子を得た例である。
Examples 7-11 These examples show that the ZnO film was coated with Ar at a volume ratio of 5:1.
This is an example in which varistor elements were obtained in the same manner as Examples 1 to 6 except that the Bi 2 O film was formed in a mixed gas atmosphere of gas and O2 gas.

これらのバリスタ素子の電圧−電流特性は、第3図に示
す通りである。
The voltage-current characteristics of these varistor elements are as shown in FIG.

第3図は、スパッタリング雰囲気ガスとして0□ガスが
存在すれば、電圧非直線指数αが大きなバリスタ素子が
得られ、また薄膜層の厚さを変化させると、それに伴な
ってバリスタ素子の電圧−電流特性が顕著に変化するこ
とを示している。
Figure 3 shows that if 0□ gas is present as the sputtering atmosphere gas, a varistor element with a large voltage nonlinearity index α can be obtained, and when the thickness of the thin film layer is changed, the voltage of the varistor element - This shows that the current characteristics change significantly.

実施例12〜1に れらの実施例は、ZnO膜を、容積比で10:1のAr
ガスと02の混合ガス雰囲気中で形成した以外は、実施
例7〜11と同様にバリスタ素子を得た例である。
In Examples 12 to 1, the ZnO film was coated with Ar at a volume ratio of 10:1.
This is an example in which varistor elements were obtained in the same manner as Examples 7 to 11, except that they were formed in a mixed gas atmosphere of gas and 02.

これらのバリスタ素子の電圧−電流特性は、第4図に示
す通りである。
The voltage-current characteristics of these varistor elements are as shown in FIG.

第4図は、Arガスに対する02ガスの比率が実施例1
1〜15に比較してさらに小さい場合であっても、スパ
ッタリング雰囲気ガス中に02ガスが存在すれば、電圧
非直線指数αが大きなバリスタ素子が得られ、また薄膜
層の厚さを変化させると、それに伴なってバリスタ素子
の電圧−電流特性が顕著に変化することを示している。
FIG. 4 shows the ratio of 02 gas to Ar gas in Example 1.
Even if it is smaller than 1 to 15, if 02 gas exists in the sputtering atmosphere gas, a varistor element with a large voltage nonlinearity index α can be obtained, and if the thickness of the thin film layer is changed, , which indicates that the voltage-current characteristics of the varistor element change significantly accordingly.

比較例1〜4 これらの比較例は、ZnO膜をArガス雰囲気の中で、
Bi  O膜を02ガス雰囲気の中で、第3表に示す膜
厚に形成しバリスタ素子を得た例である。
Comparative Examples 1 to 4 In these comparative examples, a ZnO film was prepared in an Ar gas atmosphere.
This is an example in which a varistor element was obtained by forming a Bi 2 O film in an O2 gas atmosphere to the thickness shown in Table 3.

そのバリスタ素子の電圧−電流特性は、第5図に示す通
りである。
The voltage-current characteristics of the varistor element are as shown in FIG.

第5図は、ZnO膜をArガス雰囲気中で形成しても、
電流の急激に増加する電圧(立ち上がり電圧)は主に酸
化亜鉛ZnOの膜厚によって変化することを示している
。しかしZnO膜をA「ガス雰囲気中で形成したバリス
タ素子は、電圧非直線指数αがあまり大きくなく、電圧
電流特性の変化の傾斜はゆるやかであることがわかる。
FIG. 5 shows that even if the ZnO film is formed in an Ar gas atmosphere,
It is shown that the voltage at which the current rapidly increases (rise voltage) mainly changes depending on the film thickness of zinc oxide ZnO. However, it can be seen that the voltage nonlinearity index α of the varistor element formed with the ZnO film in the A gas atmosphere is not so large, and the slope of the change in voltage-current characteristics is gentle.

実施例17 この実施例は、スパッタリング雰囲気は実施例12〜1
6と同様にして、第1層および第3層のZnO膜の膜厚
を0.5μm1第2層のBi2O3膜の膜厚を0.1μ
mと制御し、印加電圧lv付近で電圧非直線αの値の大
きい積層薄膜の作成を行ったものである。
Example 17 In this example, the sputtering atmosphere was the same as that of Examples 12 to 1.
6, the thickness of the ZnO film of the first layer and the third layer was 0.5 μm1 The thickness of the Bi2O3 film of the second layer was 0.1 μm.
m, and a laminated thin film having a large value of the voltage nonlinearity α near the applied voltage lv was created.

このバリスタ素子の電圧−電流特性を第6図に示す。FIG. 6 shows the voltage-current characteristics of this varistor element.

また第6図には、Bi2O3膜の膜厚が0.1μmであ
り、かつ膜厚が約0.5μmのZnO膜を02ガス雰囲
気中で形成した実施例6のバリスタ素子と、Arガス雰
囲気中で形成した比較例4のバリスタ素子の電圧−電流
特性を比較のために示した。
Further, FIG. 6 shows a varistor element of Example 6 in which a Bi2O3 film has a thickness of 0.1 μm and a ZnO film with a film thickness of approximately 0.5 μm is formed in an 02 gas atmosphere, and a varistor element in which a varistor element is formed in an Ar gas atmosphere. The voltage-current characteristics of the varistor element of Comparative Example 4 formed in the above are shown for comparison.

第6図は、本実施例のバリスタ素子が、実施例6および
比較例4に比較して、印加電圧1v前後で電圧非直線指
数αの値が大きいという特性を明白に示している。
FIG. 6 clearly shows that the varistor element of this example has a larger value of the voltage non-linearity index α at an applied voltage of around 1 V than that of Example 6 and Comparative Example 4.

比較例5 市販の酸化亜鉛−酸化ビスマス系バリスタ素子の電圧−
電流特性を比較例5として第7図に示した。
Comparative Example 5 Voltage of commercially available zinc oxide-bismuth oxide varistor element
The current characteristics are shown in FIG. 7 as Comparative Example 5.

実施例18 電圧非直線抵抗@層薄膜を実用化する場合、種々の基板
上に該積層薄膜を作製できることが必要である。
Example 18 When a voltage nonlinear resistance@layer thin film is put to practical use, it is necessary to be able to produce the laminated thin film on various substrates.

第3表は、ガラス基板、金蒸着膜付ガラス基板、PES
フィルムおよびPETフィルム基板上に各種スパッタリ
ング雰囲気ガス中で形成したZnO膜の付着状況を示し
たものである。
Table 3 shows glass substrates, glass substrates with gold evaporated films, PES
This figure shows the state of adhesion of ZnO films formed on films and PET film substrates in various sputtering atmospheric gases.

バリスタ素子積層膜の基板への付着状況は第1層である
ZnO膜の付着状況に大きく依存する。
The state of adhesion of the varistor element laminated film to the substrate largely depends on the state of adhesion of the ZnO film, which is the first layer.

第3表によると、ガラス基板に対してはZnO3は強く
付着し剥離しない。一方、金蒸着膜付ガラス基板および
PESまたはPETフィルム上では、Arガス中で作製
したZnO膜は強く付着し、膜厚が厚い場合には不透明
膜となるのに対し、02ガス中で作製したZnO膜は透
明となるが剥離し易く、切断などの加工ができない傾向
があることが判明した。さらに検討の結果、雰囲気ガス
としてArガス中にわずかな02ガスを含むことによっ
てZnO薄膜は透明になり、かつ付着強度が増すことか
判明した。
According to Table 3, ZnO3 strongly adheres to the glass substrate and does not peel off. On the other hand, on glass substrates with gold vapor-deposited films and PES or PET films, ZnO films prepared in Ar gas adhere strongly and become opaque when the film thickness is thick, whereas ZnO films prepared in Ar gas It has been found that although the ZnO film becomes transparent, it tends to peel off easily and cannot be processed such as cutting. As a result of further investigation, it was found that by including a small amount of 02 gas in the Ar gas as an atmospheric gas, the ZnO thin film becomes transparent and the adhesion strength increases.

またフィルム上に形成した積層膜から50μm×50μ
mの素子を採取するためダイサーによって加工・切断を
行なったがチッピングの極めて少ない素子が容易に得ら
れた。
Also, from the laminated film formed on the film, 50 μm x 50 μm
Processing and cutting was performed using a dicer to obtain elements of m, and elements with extremely little chipping were easily obtained.

第3表Table 3

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の電圧非直線抵抗積層薄膜の断面図を示
し、(A)は各種基板上に作製した3層積層膜、(B)
は電圧−電流特性を測定するためにCr−Au蒸着膜付
ガラス基板上に作製した3層積層膜を示す。第2図ない
し第4図および第6図は本発明の実施例の電圧−電流特
性を示す。ここで添付の数字は第2表の実施例の番号に
対応する。第5図は、比較例1〜4の電圧−電流特性を
示す。第7図は市販品の電圧−電流特性を示す。 1・・・基板(ガラス、フィルム他)、1′・・・ガラ
ス基板、2・・・ZnO膜、3・・・Bi2O3膜、4
・・・Cr−Au蒸着膜、5,6・・・電極。 出願人代理人  佐  藤  −雄 図面の浄書(内容に変更なし) 第1図 o−4[ 電圧V  (V) 電 f’iV() 雷 圧 V  (V) 第4図 電圧V  (V) 第5図 電圧V () 電圧 V  (V) 手続補正書 1 事件の表示 昭和63年 特許願 第88651号 2 発明の名称 電圧非直線抵抗積層薄膜の製造法 3 補正をする者 事件との関係  特許出願人 株式会社 ヱムパイヤエアポートサービス4代理人
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the voltage nonlinear resistance laminated thin film of the present invention, (A) is a three-layer laminated film prepared on various substrates, (B)
1 shows a three-layer laminated film prepared on a glass substrate with a Cr--Au vapor deposited film for measuring voltage-current characteristics. 2 to 4 and 6 show voltage-current characteristics of embodiments of the present invention. The appended numbers here correspond to the numbers of the examples in Table 2. FIG. 5 shows the voltage-current characteristics of Comparative Examples 1 to 4. FIG. 7 shows the voltage-current characteristics of a commercially available product. 1... Substrate (glass, film, etc.), 1'... Glass substrate, 2... ZnO film, 3... Bi2O3 film, 4
...Cr-Au vapor deposited film, 5,6... electrode. Applicant's agent - Engraving of the drawing by Sato (no changes to the content) Figure 1 o-4 Voltage V (V) Voltage f'iV () Lightning pressure V (V) Figure 4 Voltage V (V) Figure 5 Voltage V () Voltage V (V) Procedural amendment 1 Indication of the case 1988 Patent application No. 88651 2 Title of invention Method for manufacturing voltage nonlinear resistance laminated thin film 3 Person making the amendment Relationship with the case Patent application Hito Co., Ltd. Empaiya Airport Service 4 Agent

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.高周波スパッタリング法によって、基板上に酸化亜
鉛膜と酸化ビスマス膜を交互に形成させて積層すること
からなる電圧非直線抵抗積層薄膜の製造法であって、酸
化亜鉛膜の形成を酸素ガスの存在雰囲気中で行うことを
特徴とする、積層薄膜の製造法。
1. A method for producing a voltage nonlinear resistance laminated thin film, which consists of alternately forming and laminating zinc oxide films and bismuth oxide films on a substrate by high-frequency sputtering, and in which the zinc oxide film is formed in an atmosphere containing oxygen gas. A method for manufacturing a laminated thin film, which is characterized in that the manufacturing method is carried out inside.
2.酸化亜鉛膜の形成を、酸素ガス雰囲気中またはアル
ゴンガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気中で行うことを特
徴とする、請求項1記載の積層薄膜の製造法。
2. 2. The method for producing a laminated thin film according to claim 1, wherein the zinc oxide film is formed in an oxygen gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of argon gas and oxygen gas.
3.酸化ビスマス膜の形成を、酸素雰囲気中で行うこと
を特徴とする、請求項1記載の積層薄膜の製造法。
3. 2. The method for producing a laminated thin film according to claim 1, wherein the bismuth oxide film is formed in an oxygen atmosphere.
4.高周波スパッタリング法によって、基板上に酸化亜
鉛膜を形成をする酸化亜鉛膜の製造法であって、該酸化
亜鉛膜の形成を酸素ガスの存在雰囲気中で行うことを特
徴とする、酸化亜鉛膜の製造法。
4. A method for producing a zinc oxide film in which a zinc oxide film is formed on a substrate by a high-frequency sputtering method, characterized in that the formation of the zinc oxide film is performed in an atmosphere in the presence of oxygen gas. Manufacturing method.
5.基板として樹脂フィルムを用い、酸化亜鉛膜の形成
をアルゴンと酸素ガスの混合ガス雰囲気中で行うことを
特徴とする、請求項4記載の酸化亜鉛膜の製造法。
5. 5. The method for producing a zinc oxide film according to claim 4, wherein a resin film is used as the substrate and the zinc oxide film is formed in a mixed gas atmosphere of argon and oxygen gas.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105869807A (en) * 2016-05-03 2016-08-17 中国地质大学(北京) Preparation method of zinc oxide-bismuth oxide thin film varistor

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