JPH03155601A - 電圧非直線性抵抗素子 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、リレー接点の保護、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
素子の静電気に対する保護、カラーテレビブラウン管回
路の放電吸収等の手段として利用されている電圧非直線
性抵抗素子の改良に関する。

（従来の技術） 従来の電圧非直線性抵抗素子（以下バリスタと称する）
として、第５図に示すような構造が知られている。この
バリスタは基板１０に形成された第１の電極１１と、第
１の電極１１上に形成されたＺｎ０層又はＺｎＯを含有
する層から成る酸化物層１２と、酸化物層１２上に形成
された例えば酸化コバルＩ・及び酸化プラセオジムから
成る属酸化物層１３と、金属酸化物層１３上に形成され
た第２の電極層１４とを有している構造が知られている
。酸化物層１２の金属酸化物層１３との界面には電位障
壁１２ａが形成され、この電位障壁１２ａによってバリ
スタ電圧が決定される。

この第５図の構造において、第１の電極層１１に第２の
電極層１４に対して正方向に電圧を印加すると）電位障
壁１２ａは逆方向にバイアスされて一定電圧を超えた場
合に急激に電流が流れ出して非対称な電圧非直線性を示
すようになる。

（発明が解決しようとする課題） ところで従来のバリスタでは、電位障壁が形成されるＺ
ｎＯ層又はＺｎＯを含有する層が単に金属酸化物層と接
している構造となっているので、バリスタとして十分な
特性が得られないという問題がある。例えば非直線係数
αが小さく、またリーク電流もあまり減少しないため用
途が限定される場合がある。

本発明は以上のような問題に対処してなされたもので、
バリスタとして十分な特性が得られる電圧非直線性抵抗
素子を提供することを目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、基板上に形成され
た第１の電極層と、前記第１の電極層上に少なくとも１
対のＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する層と金属酸化物層と
により形成された複合層を有し、前記複合層の最上部に
第２の電極層を形成して成る電圧非直線性抵抗素子にお
いて、前記ＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する層と金属酸化
物層との界面近傍に、前記ＺｎＯ層又はＺｎＯを含有す
る層のドナー密度よりも低いドナー密度を有するＺｎＯ
又はＺｎＯを含有する低ドナー密度層を形成したことを
特徴とするものである。

（作　用） ＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する層に低ドナー密度領域を
設け、このＺｎＯを含有する酸化物層上に前記低ドナー
密度領域に接するように金属酸化物層を形成することに
より、バリスタの特性を改善することができる。例えば
非直線係数αを大きくとることができ、またリーク電流
を減少することができ、さらにバリスタ電圧の調整が可
能となる。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の電圧非直線性抵抗素子（バリスタ）の
実施例を示す断面図で、１はガラス、アルミナ（Ａ１２
０３　）等から成る基板で、この基板１上にはＡｕ、Ｎ
ｉ等から成る第１の電極層２が形成されている。またこ
の第１の電極層２上にはＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する
層から成る酸化物層３が形成され、この酸化物層３の第
１の電極層２と接する反対側には他の領域より密度の少
ない低ドナー密度領域３Ａが形成されている。この酸化
物層３上には例えば酸化プラセオジム眉又は酸化プラセ
オジムを主成分とする層から成る金属酸化物層４が形成
されている。５はこの金属酸化物層４上に形成されたＡ
ｕ、Ｎｉ等から成る第２の電極層である。酸化物層３の
金属酸化物層４との界面には電位障壁３ａが形成される
。

次に本実施例バリスタの製造方法について説明する。

先ず基板１として例えばガラス基板を用意し、この基板
１上に第１の電極層２をＮｉを蒸着法によって０．５μ
ｍ程度の厚さに形成する。次にＺｎＯ焼結体をターゲッ
トとしてＡｒ雰囲気中スパッタリング法によってＺｎＯ
層又はＺｎＯを主成分とする層から成る酸化物層３を１
．０μｍ程度の厚さに形成する。次にこの酸化物層３上
にＺｎＯ焼結体をターゲットとして、Ａｒに２０％酸素
を加えた酸性雰囲気中スパッタリング法により、第１の
電極層２と反対側の表面にこの酸化物層３内の領域より
ドナー密度の低い低ドナー密度領域３Ａを形成する。こ
の低ドナー密度領域３Ａは他の領域よりも３乃至４桁程
度低い値に形成し、その厚さは０．１μｍ程度に形成す
る。続いて酸化プラセオジム焼結体をターゲットとして
同様にスパッタリング法によって酸化プラセオジム又は
酸化プラセオジムを含有する層から成る金属酸化物層４
を１．０μｍ程度の厚さに形成する。次に金属酸化物層
４上に第２の電極層５をＡｕを蒸着法によって０．　５
μｍ程度の厚さに形成する。

このようにして製造された第１図のバリスタにおいて、
第１の電極層２に第２の電極層５に対して正方向に電圧
を印加すると、電位障壁３ａは逆方向にバイアスされて
一定電圧を超えた場合に急激に電流が流れ出して非対称
な電圧非直線性を示すようになる。

第２図乃至第４図は本実施例によって得られた特性を示
すもので、各々低ドナー密度領域３Ａの厚さを変化した
場合の非直線係数αの依存特性。

リーク電流の依存特性及びバリスタ電圧の依存特性を示
すものである。第２図においては低ドナー密度領域３Ａ
の増加につれて非直線係数αが徐々に増加し、１７乃至
２８の範囲にわたって大きな値が得られることを示して
いる。第３図においては低ドナー密度領域３Ａの増加に
つれてリーク電流が徐々に減少し、４．５Ｘ１０−’［
Ａコから１．５Ｘ１０−６［Ａ］程度に減少できること
を示している。第４図においては低ドナー密度領域３Ａ
の増加につれてバリスタ電圧が４　［：ｖ］乃至６、　
５　［ｖ］の範囲にわたって調整できることを示してい
る。

ユニで非直線係数αはＩ　＝　（Ｖ／Ｃ）　”　　［Ｖ
　：素子に印加する電圧、■＝素子の電流、ｃ：定数。

α：非直線の度合いを示す係数コで示され、前記の場合
Ｉ　＝　１　ｍＡ／ｍｍ２のときの値を示している。

またリーク電流は素子に１ｖの電圧を印加したときの値
を示し、バリスタ電圧は素子のＶ−Ｉ特性の立上がり電
圧で１　ｍ　Ａ　／　ｏｎ　２流したときの値を示して
いる。

このように本実施例によれば、金属酸化物層４と接する
ようにＺｎ０層又はＺｎＯを含有する層から成る酸化物
層３の表面に低ドナー密度領域３Ａを形成することによ
り、この厚さを変化すれば非直線係数αを大きくとるこ
とができ、またリーク電流を減少することができ、さら
にバリスタ電圧の調整が可能となるので、バリスタの特
性を改善することができる。

なお酸化物層３に形成する低ドナー密度領域３Ａの形成
方法は一例を示したが、これにこだわらず不純物のドー
ピング他の成膜方法等任意の方法を選ぶことができる。

また低ドナー密度領域３Ａは金属酸化物層４の形成前に
限らずアニール法、イオン打ち込み法等形成後に設ける
ようにすることもできる。また低ドナー密度領域を設け
た酸化物層３．金属酸化物層４の形成順序を逆にするこ
とも可能である。さらに、低ドナー密度領域を設けた酸
化物層３．金属酸化物層４を繰り返して積層することも
可能である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、ＺｎＯ層又はＺｎＯ
を含有する層から成る酸化物層に設けた低ドナー密度領
域に接するように金属酸化物層を形成するようにしたの
で、バリスタの特性を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電圧非直線性抵抗素子の実施例を示す
断面図、第２図は本実施例によって得られた非直線係数
の特性図、第３図は本実施例によって得られたリーク電
流の特性図、第４図は本実施例によって得られたバリス
タ電圧の特性図、第５図は従来例を示す断面図である。 １・・・基板、２・・・第１の電極層、３ａ・・・電位
障壁、３・・・酸化物層 （ＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する層）、３Ａ・・・低ド
ナー密度領域、４・・・金属酸化物層、５・・・第２の
電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成された第１の電極層と、前記第１の
   電極層上に少なくとも１対のＺｎＯ層又はＺｎＯを含有
   する層と金属酸化物層とにより形成された複合層を有し
   、前記複合層の最上部に第２の電極層を形成して成る電
   圧非直線性抵抗素子において、前記ＺｎＯ層又はＺｎＯ
   を含有する層と金属酸化物層との界面近傍に、前記Ｚｎ
   Ｏ層又はＺｎＯを含有する層のドナー密度よりも低いド
   ナー密度を有するＺｎＯ又はＺｎＯを含有する低ドナー
   密度層を形成したことを特徴とする電圧非直線性抵抗素
   子。
2. （２）前記ＺｎＯ層又はＺｎＯを含有する層、金属酸化
   物層及び低ドナー密度層がスパッタリング法により形成
   されることを特徴とする請求項１記載の電圧非直線性抵
   抗素子。