JPH0246701A - 超伝導バリスタ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は超電導膜と、その超電導膜とほぼ同じ構造の物
質からなる障壁層を積層した超電導ノ＜リスクに関する
ものである。

〈従来の技術〉 従来バリスタは、はとんどセラミックスで、−般的には
酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられ、その導電性の粒子の粒
界に、焼成のときの原料の添加物を析出させ、電気的障
壁層を形成させていた。

以上の障壁層を通過する電流を流したとき、その電流−
電圧特性が非直線になることを利用してバリスタを作製
していた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ＺｎＯによりバリスタを作るときは粉末ＺｎＯと添加物
を混合し、加圧成型した上焼成すると、成長するＺｎＯ
の結晶粒子と、その粒子の周囲に析出され、電気的な障
壁層を形成する前記の添加物の膜になっていた。

以上のように、バリスタのＺｎＯセラミックは製造は比
較的簡単であるが、その内部のＺｎＯ粒子の粒径、及び
９粒界の厚さなどを一定に制御するのは不可能であった
。

従って、製造した製品の特性にバラツキが多く、安全を
見込んで作るため製品の外形が大きくなるなどという欠
点があった０ これは、バリスタの作用をする粒界の障壁層が均一でな
いため、小さい粒子からなるセラミックの粒界面積は大
きいが障壁層としての作用をする粒界は少なく一定の仕
様にすると、バリスタの外形が大型になった。

第２の問題点としては、上記の説明からも分るようにセ
ラミックスの粒子の特性や粒径及び粒界が一様にならな
いことから、バリスタとしての電圧−電流特性の均一な
製品を作ることが難しく、特に、最近のように比較的低
電圧の数ボルト（ｖ）で正確な動作電圧の作動をするバ
リスタへの要求を満たすのは困難であった。

更に、第３の問題点としては、このセラミックスが半導
体化されているが比較的抵抗値が高い結晶粒と、その粒
界の障壁層となる高抵抗からなり、この粒界がコンデン
サの構成になるから、等測的には個々の抵抗Ｒｉ　　及
びコンデンサＣｉ　が直・並列に多数接続された回路と
みることができる。このコンデンサは、粒子が微小であ
るから１個当りでは容量が小さいが、粒子が多数であり
、トータルとしての容量は犬きくなり、従って、このセ
ラミックの抵抗−コンデンサ回路のトータルのＲＣ値が
大きくなる。

従って入力に対する遅れ、又は、歪みを生じていた。

本発明は、従来のバリスタがもつ以上のような問題点を
解消し、均一な構成にすることによる小型化とし、ＲＣ
による遅れの極めて小さくしたバリスタを提供すること
を目的としている。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、主体になる導電層の構成に超伝導体を用いて
、その電気抵抗を全く零にすること、また、障壁層を構
成する材料もバリスタとして最も電気的特性のよい組成
で、かつ、均一な構成にするものであり、このような超
伝導体と、障壁層の構成体を、成膜技術によって所定の
厚さずつ交互に積層することにより、バリスタに安定し
た非直線電圧−電流特性をもたせるものである。

く作　用〉 本発明により、導電層の抵抗を全く零にすることができ
、障壁層も必要最小限になるので、そこの構成から生じ
る電気的容量も最小になりＲＣに上る時定数は極めて小
さくすることができ信号処理の遅れの問題はなくなる。

又、電気的な耐圧（バリスタ電圧）も、前記の積層数を
調整することにより、任意の特性のバリスタを設計し、
かつ、製造することが可能になる。

〈実施例〉 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

本発明に於ては臨界温度Ｔｃ　を高くできることが期待
できるＢｉａ　Ｓｒｚ　ＣａＣｕｚ　０７＋δの組成を
もつセラミック超伝導体を用いた。又、この組成による
膜作製は、その組成の超伝導層を作るとき、結晶成長の
方向性などで膜の表面が平担にならないのを防ぐため、
−度合成した超伝導体を粉砕で微粉末し、有機溶媒と均
一に混合してスラリー状にしたものを塗布し、焼成する
方法を用いた０なお、上記の超伝導体の特性を改良する
ため少量のｐｂ　　を添加した。

本実施例で作製したバリスタの構造は、第　図の通りで
ある。

これは、基板１である、イツトリウムで安定化したジル
コニア（ＹＳＺ　）の板上に、銀（Ａｇ）を約１μｍの
厚さ蒸着して基板側のＡｇ電極２を形成した。電極２の
上に前記のスラリー状にした超伝導体を塗布し焼成する
方法でセラミック超伝導体層３′　　を形成した。この
層３１の厚さは約５μｍであり、続いて層３Ｍの上にＡ
ｒ　　０２ガスによるスパッタリング法でＢｉｚＯ３の
セラミック障壁層４１を約１０ＯＡの厚さに形成した。

以上の工程を繰シ返すことにより超伝導体層−障壁層を
くり返し所定の積層数を形成し、最終の超伝導体層３の
上面にインジウム−ガリウム（Ｉｎ−Ｃａ）の合金を塗
布し一方の電極５とした０大きさは小型のチップバリス
タ程度にした０作製したバリスタ６は、液体窒素温度に
冷却して、小さい磁石を近ずけると反撥していた。これ
はマイスナー効果と認められた０又、実施例のビスマス
系セラミック超伝導体はＴｃ　が７８Ｋ［ｈであること
は明らかである。

以上のバリスタを７８Ｋに保ち、その電流−電圧ＣＩ　
−Ｖ　）特性を測定した結果を示したのが第２図である
。この図で現れているＩ　−Ｖ特性の非直線性から、障
壁層のＢｉ２Ｏ３膜が超電導電子のトンネル障壁として
は厚すぎて有名なジョセフソン接合を形成していないこ
とを示しており、その非直線が現れる電圧の大きさから
、前記のＢｉｇ０３膜を電圧によって通過するバリスタ
の動作を行っていることを示している。

本発明の超電導バリスタ６を第１図で見ると分るように
バリスタ電流が流れる殆んどの部分は抵抗Ｒのない超電
導体で構成されているので、障壁層をはさんで容量（Ｃ
）の作用をしても全体でＲＣ効果は小なく、信号の遅延
は極めて小さくなる〇又、障壁層の厚さと数は任意に設
定できるので、小型化と高性能化・低バリスタ電圧化を
可能にし、高速な動作をするマイクロエレクトロニクス
回路に適したバリスタにすることができる。

以上で説明した実施例は、本発明のｌ実施例の説明であ
り、本発明の範囲は実施例の範囲に限定されない〇 実施例では基板１にＹＳＺを使用したがこの他５ｒＴｉ
Ｏｓ、ＭｇＯなどの安定した材料の基板を用いることが
できる０ 超伝導体も実施例のＢ１−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系に限
られることなく、Ｔｌ−Ｃａ−Ｂａ−Ｃｕ−０゜又は、
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系などのセラミック超伝導体、又は
Ｎｂ−Ｇｅ、Ｎｂ　　ｋｌなどの合金系超伝導体を用い
ることもできる、これは真空蒸着又はスパッタリングで
膜を形成し、その表面を酸化することで絶縁膜にするこ
とができる０更に極低温で使用するときはＮｂ、Ｐｂな
どの元素超伝導体を用いることもでき、ＢＥＤＴ−ＴＴ
Ｆ系、ＴＭＴＳＦ系などの有機超伝導体とそれらとほぼ
同じ構造の絶縁膜を用いて超伝導バリスタを構成しても
、本発明の作用と効果を得ることができる０以上の超伝
導体は、実施例のセラミック超伝導体を合成してスラリ
ー化し塗布する方法に限定されることなく条件によって
はＣＶＤ法やスノくツタリング法などを用いることが出
来る○又、元素超伝導体は真空蒸着法を用いることもで
きる０有機超伝導体は塗布、又は、スクリーン印刷法な
どを用いることができる。

更に、電極材料としてもＡｇ蒸着膜、Ｉｎ−Ｇａの合金
だけでなく、Ａｕ　の蒸着膜や、ＡｕやＡｇのペースト
、又は、Ｔｉ　　膜などから、使用する超伝導体に応じ
て適宜選択して使用することができる０ 〈発明の効果〉 本発明により、全く抵抗をもたない超伝導層を用いるこ
とと、超伝導層と絶縁層を交互に積層することでコンデ
ンサ作用の面積が小さくなることで、高速な動作のバリ
スタにすること、及び、前記の超電導層と絶縁層の積層
化でバリスタとし電圧を低電圧から正確に決めることが
可能で、精密なバリスタ動作を要求されるマイクロエレ
クトロニクス、特に、ジョセフソン素子からなる回路に
も利用できるバリスタの作製が可能になった０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超伝導バリスタの実施例の構成を示す
断面図、第２図は本発明の超伝導バリスタの実施例のＩ
　−Ｖ特性図である。 １はＹＳｚ基板、２と５は電極、３は超電導体層、４は
障壁層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．超伝導膜層と電気的障壁になる膜層を交互に積層し
   、その積層構成の対向す超伝導膜層に電極を形成したこ
   とを特徴とする超伝導バリスタ。
2. ２．前記超伝導バリスタに於て超伝導膜が酸化物超伝導
   体からなり、障壁層が酸化物絶縁体からなることを特徴
   とする請求項１記載の超伝導バリスタ。
3. ３．前記超伝導バリスタに於て、超伝導体が単元素又は
   化合物超伝導体からなり、障壁層を前記超電導体の酸化
   物であることを特徴とする請求項１記載の超電導バリス
   タ。