JPH03268401A - Voltage non-linearity resistive element - Google Patents

Voltage non-linearity resistive element

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JPH03268401A
JPH03268401A JP2068773A JP6877390A JPH03268401A JP H03268401 A JPH03268401 A JP H03268401A JP 2068773 A JP2068773 A JP 2068773A JP 6877390 A JP6877390 A JP 6877390A JP H03268401 A JPH03268401 A JP H03268401A
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JP
Japan
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layer
oxide layer
nio
voltage
zno
Prior art date
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Pending
Application number
JP2068773A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiko Yano
義彦 矢野
Yukihiko Shirakawa
幸彦 白川
Hisao Morooka
久雄 師岡
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To stably obtain a voltage non-linearity resistive element with a high non-linearity by using a low-priced NiO as a metallic oxide layer. CONSTITUTION:Nickel(Ni) is formed as a first electrode layer 2 by about 0.5mum thick on a glass substrate 1 by vapor deposition. Then, an oxide layer 3 composed of ZnO layer or a layer mainly consisting of ZnO is formed by about 1.0mum thick by a sputtering process with ZnO sintered body as a target. Subsequently, a metallic oxide layer 4 composed of NiO layer or a layer mainly consisting of NiO is similary formed by about 1.0mum thick with NiO sintered body as a target. Aluminum(Al) is formed as a second electrode layer 5 by about 0.5mum thick on this metallic oxide layer 4 by vapor deposition. When voltage is applied in the normal direction to the first and second electrode layers 2 and 5, electric current begins to abruptly flow through a potential barrier 3a if the barrier exceeds a certain voltage 50 that an asymmetrical voltage non-linearity is shown. Thus, it is possible to stably obtain a varistor with a high non-linearity.

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。
[Detailed description of the invention] [Object of the invention] (Industrial application field) The present invention is a means for protecting relay contacts, protecting semiconductor elements such as ICs and LSIs against static electricity, and absorbing discharges in color television cathode ray tube circuits. This invention relates to improvements in voltage nonlinear resistance elements used as such.

(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、例えば特公昭59−10042号公報に示され
るような構造が知られている。この構造は第4図に示す
ように、基板10に形成された第1の電極層11と、第
1の電極層11上に形成されたZnO層又はZnOを主
成分と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Bi2O3層又はBi2O,を主成分とす
る層から成る金属酸化物層13と、この上に形成された
第2の電極層14とを有している。酸化物層12と金属
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
(Prior art) Conventional voltage nonlinear resistance element (hereinafter referred to as varistor)
For example, a structure as shown in Japanese Patent Publication No. 59-10042 is known. As shown in FIG. 4, this structure consists of a first electrode layer 11 formed on a substrate 10 and a ZnO layer or a layer mainly composed of ZnO formed on the first electrode layer 11. A metal oxide layer 13 consisting of a Bi2O3 layer or a layer mainly composed of Bi2O formed on the oxide layer 12, and a second electrode layer 14 formed thereon. There is. A potential barrier 12a is formed at the interface between the oxide layer 12 and the metal oxide layer 13,
The varistor voltage is determined by this potential barrier 12a.

この第4図の構造において、第1の電極層11に第2の
電極層14に対して正方向の電圧が印加されると電位障
壁12aは逆バイアスされ、一定の電圧まで電流が流れ
ず、ある電圧値から急激に電流が流れ出す電圧非直線性
(非直線係数αが20前後)を示すことが知られている
In the structure shown in FIG. 4, when a positive voltage is applied to the first electrode layer 11 with respect to the second electrode layer 14, the potential barrier 12a is reverse biased, and no current flows until a certain voltage is reached. It is known that voltage nonlinearity (nonlinear coefficient α is around 20) is exhibited, in which current suddenly starts flowing from a certain voltage value.

(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金属酸化物層として用いて
いるBi2O3層又はB1□03層を主成分とする層の
抵抗率を再現性良く形成するのが困難であるという問題
がある。すなわち、非直線性の高いバリスタを製造する
にはそのように抵抗率を再現性良く形成することが必要
であるが、このためには膜中の酸素含有量を高精度に制
御しなければならない。しかしこれには非常に精密な成
膜条件が要求されるので、実現が困難になっている。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in conventional varistors, it is said that it is difficult to form a layer whose main component is a Bi2O3 layer or a B1□03 layer used as a metal oxide layer with good reproducibility. There's a problem. In other words, in order to manufacture varistors with high nonlinearity, it is necessary to form resistivity with good reproducibility, but to do this, the oxygen content in the film must be controlled with high precision. . However, this requires extremely precise film formation conditions, making it difficult to achieve.

本発明は以上のような問題に対処してなされたもので、
安価なNiOを金属酸化物層として用いることにより非
直線性の高い電圧非直線性抵抗素子を安定に提供するこ
とを目的とするものである。
The present invention has been made in response to the above-mentioned problems.
The purpose of this invention is to stably provide a voltage nonlinear resistance element with high nonlinearity by using inexpensive NiO as a metal oxide layer.

[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、第1の電極層上に形成されたZnO
層又はZnOを主成分とする層から成る酸化物層と、酸
化物層上に形成されたNiO層又はNiOを主成分とす
る層から成る金属酸化物層と、少なくともこの金属酸化
物層上に形成された第2の電極層とを有することを特徴
とするものである。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a first electrode layer formed on a substrate and a ZnO layer formed on the first electrode layer.
an oxide layer consisting of a layer or a layer mainly composed of ZnO, a metal oxide layer consisting of a NiO layer or a layer mainly composed of NiO formed on the oxide layer, and at least on this metal oxide layer. The device is characterized by having a second electrode layer formed thereon.

(作 用) 金属酸化物層をNiO層又はNiOを主成分とする層か
ら構成することにより、これらNiO層等はそれ程精密
な成膜条件を必要とすることなく抵抗率を再現性良(形
成することができる。従って従来のBi2O,層又はB
i2O3を主成分とする層から構成していた場合に比べ
、非直線性の高いバリスタを安定に提供することができ
る。
(Function) By configuring the metal oxide layer from a NiO layer or a layer containing NiO as a main component, these NiO layers, etc. can have good resistivity reproducibility (formation) without requiring very precise film formation conditions. Therefore, conventional Bi2O, layer or B
A varistor with high nonlinearity can be stably provided compared to the case where the layer is composed of a layer containing i2O3 as a main component.

(実施例) 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明の電圧非直線性抵抗素子(バリスタ)の
第1の実施例を示す断面図で、1はガラス、アルミナ(
Al 203 )等から成る基板で、この基板1上には
Ni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を主成分
とする層から成る酸化物層3が形成され、更にこの酸化
物層3上にはNiO層又はNiO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AI、Au等から成る第2の電
極層である。これら第2の電極層5と第1の電極層2と
の間にはバイアス電圧が印加される。また酸化物層3の
金員酸化物層4との界面には電位障壁3aが形成される
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the voltage nonlinear resistance element (varistor) of the present invention, where 1 is glass, alumina (
A first electrode layer 2 made of Ni or the like is formed on the substrate 1. The first electrode layer 2 is made of Ni or the like. Further, on this first electrode layer 2, an oxide layer 3 consisting of a ZnO layer or a layer mainly composed of ZnO is formed, and further on this oxide layer 3, a NiO layer or a layer mainly composed of NiO is formed. A metal oxide layer 4 is formed. A second electrode layer 5 is formed on the metal oxide layer 4 and is made of AI, Au, or the like. A bias voltage is applied between the second electrode layer 5 and the first electrode layer 2. Further, a potential barrier 3a is formed at the interface between the oxide layer 3 and the gold member oxide layer 4.

次に本実施例バリスタの製造方法について説明する。Next, a method for manufacturing the varistor of this embodiment will be explained.

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
トとしてスパッタ法によって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
に形成し、続いてNiO焼結体をターゲットとして同様
にスパッタ法によってNiO層又はNiOを主成分とす
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A
lを蒸着法によって0.5μm程度の厚さに形成する。
First, a glass substrate, for example, is prepared as the substrate 1, and a first electrode layer 2 is formed on this substrate 1 by 0.5 μm of Ni by vapor deposition.
It is formed to a thickness of about m. Next, using the ZnO sintered body as a target, an oxide layer 3 consisting of a ZnO layer or a layer mainly composed of ZnO is formed to a thickness of about 1.0 μm by sputtering, and then the same process is performed using the NiO sintered body as a target. Next, a metal oxide layer 4 made of a NiO layer or a layer mainly composed of NiO is formed to a thickness of about 1.0 μm by sputtering. Next, a second electrode layer 5 is formed on the metal oxide layer 4.
1 is formed to a thickness of about 0.5 μm by a vapor deposition method.

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
一定電圧を越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。
In the varistor of FIG. 1 manufactured in this way,
When a voltage is applied to the first electrode layer 2 in the positive direction with respect to the second electrode layer 5, the potential barrier 3a is biased in the opposite direction, and when a certain voltage is exceeded, a current suddenly flows out, resulting in an asymmetrical voltage. It begins to show nonlinearity.

次表は酸化物層3及び金属酸化物層4の膜厚を変えた場
合に得られた非直線係数α及びバリスタ電圧v1mAの
値を示すものである。
The following table shows the values of the nonlinear coefficient α and the varistor voltage v1 mA obtained when the film thicknesses of the oxide layer 3 and the metal oxide layer 4 were changed.

(以下余白) いずれの場合も実用上優れた特性を得ることができる。(Margin below) In either case, practically excellent characteristics can be obtained.

しかも本実施例によれば金属酸化物層4として用いたN
iO層又はNiOを主成分とする層は、従来用いられて
いたBi2O3層又はB12o3を主成分とする層に比
較してNiO層の膜厚依存性がなく、かつ高い非直線性
を安定に得ることができる。
Moreover, according to this embodiment, the N used as the metal oxide layer 4
The iO layer or the layer mainly composed of NiO has no dependence on the thickness of the NiO layer compared to the conventionally used Bi2O3 layer or layer mainly composed of B12O3, and can stably obtain high nonlinearity. be able to.

第2図は本発明の第2の実施例を示すもので、金属酸化
物層4上に第2の酸化物層6を形成した構造を示すもの
である。この第2の酸化物層6は第1の酸化物層3と同
様にZnO層又はZnOを主成分とする層から成り、同
様にスパッタ法によって形成する。またこれによって第
2の酸化物層6の金属酸化物層4との界面に電位障壁6
aが形成され、この電位障壁6aは第2の電極層5に第
1の電極層2に対して正方向に電圧を印加すると逆方向
にバイアスされて、一定電圧を越えた場合に急激に電流
が流れ出すようになる。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, and shows a structure in which a second oxide layer 6 is formed on a metal oxide layer 4. In FIG. This second oxide layer 6 is made of a ZnO layer or a layer containing ZnO as a main component similarly to the first oxide layer 3, and is similarly formed by the sputtering method. This also creates a potential barrier 6 at the interface between the second oxide layer 6 and the metal oxide layer 4.
a is formed, and this potential barrier 6a is biased in the opposite direction when a voltage is applied to the second electrode layer 5 in the positive direction with respect to the first electrode layer 2, and when a certain voltage is exceeded, the current suddenly increases. begins to flow.

従って第2の実施例によれば、第1の実施例と同様な効
果が得られる他に、第1及び第2の電極層2,5のいず
れの方向に電圧を印加しても、2つの電位障壁3a、6
aのいずれかが逆バイアスされるので両方向に対して対
称型電圧非直線性を示す素子が得られる。
Therefore, according to the second embodiment, in addition to obtaining the same effect as the first embodiment, the two electrode layers 2 and 5 can be Potential barriers 3a, 6
Since either a is reverse biased, an element exhibiting symmetrical voltage nonlinearity in both directions is obtained.

第3図は本発明の第3の実施例を示すもので、第2図の
構造における第2の酸化物層6上に第2の金属酸化物層
7を形成し、更にこの第2の金属酸化物層7上に第3の
酸化物層8を形成した構造を示すものである。この第2
の酸化物層7は第1の金属酸化物層4と同様にNiO層
又はNiOを主成分とする層から成り、同様にスパッタ
法によって形成する。第3の酸化物層8は第1及び第2
の酸化物層3,6と同様にZnO層又はZnOを主成分
とする層から成り、同様にスパッタ法によって形成する
。またこれによって第3の酸化物層8の第2の金属酸化
物層7との界面に電位障壁8aが形成されてこの電位障
壁8aは第2の電極層5に第1の電極層2に対して正方
向に電圧を印加すると逆方向にバイアスされる。また第
2の酸化物層6の第2の金属酸化物層7との界面に電位
障壁6bが形成され、前記電位障壁8aと同様に作用す
る。従ってこの第3の実施例によっても第1及び第2の
実施例と同様な効果が得られる。更にこの第3の実施例
構造では電位障壁が4カ所に形成されるので、これら各
電位障壁を制御することにより細かなバリスタ電圧の調
整が可能となる。
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention, in which a second metal oxide layer 7 is formed on the second oxide layer 6 in the structure shown in FIG. This shows a structure in which a third oxide layer 8 is formed on an oxide layer 7. This second
Like the first metal oxide layer 4, the oxide layer 7 is made of a NiO layer or a layer containing NiO as a main component, and is similarly formed by sputtering. The third oxide layer 8 is the first and second oxide layer 8.
Like the oxide layers 3 and 6, it is made of a ZnO layer or a layer containing ZnO as a main component, and is similarly formed by sputtering. Further, as a result, a potential barrier 8a is formed at the interface between the third oxide layer 8 and the second metal oxide layer 7, and this potential barrier 8a is applied to the second electrode layer 5 with respect to the first electrode layer 2. If a voltage is applied in the positive direction, it will be biased in the reverse direction. Further, a potential barrier 6b is formed at the interface between the second oxide layer 6 and the second metal oxide layer 7, and acts in the same manner as the potential barrier 8a. Therefore, the third embodiment also provides the same effects as the first and second embodiments. Further, in the structure of this third embodiment, potential barriers are formed at four locations, so that fine adjustment of the varistor voltage is possible by controlling each of these potential barriers.

なお更に酸化物層及び金属酸化物層を繰り返して積層す
ることが可能である。
Furthermore, it is possible to repeatedly stack oxide layers and metal oxide layers.

[発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、酸化物層に接して形
成される金属酸化物層をNiO層又はNiOを主成分と
する層から構成するようにしたので、非直線性の高いバ
リスタを安定に得ることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the metal oxide layer formed in contact with the oxide layer is composed of a NiO layer or a layer mainly composed of NiO, so that non-linear It is possible to stably obtain high quality varistors.

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

第1図は本発明の電圧非直線性抵抗素子の第1の実施例
を示す断面図、第2図は本発明の第2の実施例を示す断
面図、第3図は本発明の第3の実施例を示す断面図、第
4図は従来例の断面図である。 1・−・基板、  2・・・第1の電極層、3a、  
6a、  6b、  8a、 ・・・電位障壁、3.6
.8・・・酸化物層 (ZnO層又はZnOを主成分とする層)、4.7・・
・金属酸化物層 (N i 0層又はNiOを主成分とする層)、5・・
・第2の電極層。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a voltage nonlinear resistance element of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a sectional view of a conventional example. 1.--Substrate, 2.-First electrode layer, 3a,
6a, 6b, 8a, ...potential barrier, 3.6
.. 8... Oxide layer (ZnO layer or layer containing ZnO as a main component), 4.7...
・Metal oxide layer (N i 0 layer or layer mainly composed of NiO), 5...
-Second electrode layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  基板上に形成された第1の電極層と、第1の電極層上
に形成されたZnO層又はZnOを主成分とする層から
成る酸化物層と、酸化物層上に形成されたNiO層又は
NiOを主成分とする層から成る金属酸化物層と、少な
くともこの金属酸化物層上に形成された第2の電極層と
を有することを特徴とする電圧非直線性抵抗素子。
A first electrode layer formed on a substrate, an oxide layer formed on the first electrode layer consisting of a ZnO layer or a layer containing ZnO as a main component, and a NiO layer formed on the oxide layer. Alternatively, a voltage nonlinear resistance element comprising a metal oxide layer made of a layer containing NiO as a main component, and a second electrode layer formed at least on the metal oxide layer.
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Cited By (3)

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