JPH07297413A

JPH07297413A - 酸化物負性抵抗素子とその製造方法

Info

Publication number: JPH07297413A
Application number: JP6089249A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiro Namigashira; 経裕波頭
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-04-27
Filing date: 1994-04-27
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】【目的】酸化物負性抵抗素子とその製造方法に関し、
負性抵抗特性あるいは負性抵抗特性と整流性を有する素
子を提供する。【構成】金属、酸化物超伝導体、透明な導電材料から
なる１対の電極１，３と、１対の電極の間のＭｇＯ，Ｍ
ｇＴｉＯ₃，Ｍｇ₂ＴｉＯ₄，ＭｇＩｎ₂Ｏ₄等の酸化
物中間層２と、酸化物中間層の中のＴｉＯ₂，Ｓｎ
Ｏ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃等の不純物から構成され、この不純物
が酸化物中間層のバンドギャップ中に準位を形成し、酸
化物中間層内の主たる電気伝導路を形成する。酸化物中
間層の格子欠陥あるいは元素欠損によって酸化物中間層
のバンドギャップ中に準位を形成することができる。ま
た、酸化物中間層と電極の間にＮｂをドープしたＳｒＴ
ｉＯ₃，ＬａをドープしたＳｒＴｉＯ₃あるいはＩｎ₂
Ｏ₃、酸素を減量したＳｒＴｉＯ ₃等の酸化物半導体層
を挿入して整流性を有する酸化物負性抵抗素子を形成す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸化物負性抵抗素子と
その製造方法に関する。光透過性、ワイドギャップ、強
誘電性、超伝導性等の特徴を活かした様々な機能性酸化
物を応用した電子装置は、シリコンでは実現できなかっ
た新しいエレクトロニクス分野に用いる素子として注目
され、その基本となる様々な素子の開発が期待されてい
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のダイオードは、半導体にキャリア
を発生する不純物をドープしてｎ型あるいはｐ型半導体
とし、そのバンド構造を利用したものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、酸化物の場
合、同一の材料系でｎ型とｐ型を作り分けることは困難
で、トンネルダイオードのように負性抵抗を有するダイ
オードを形成することはできなかった。

【０００４】本発明は、狭い伝導帯をもつ比較的厚い酸
化物中間層と電極から容易に製造することができる酸化
物負性抵抗素子、あるいは、この酸化物負性抵抗素子と
酸化物によって容易に形成できるｎ型半導体層を組み合
わせることによって整流性を有する酸化物負性抵抗素子
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる酸化物負
性抵抗素子においては、前記の課題を実現するため、１
対の電極と、該１対の電極の間の酸化物中間層と、該酸
化物中間層の中の不純物から構成され、該不純物が該酸
化物中間層のバンドギャップ中に準位を形成し、該不純
物が該酸化物中間層内の主たる電気伝導路を形成してい
る構成を採用した。

【０００６】また、本発明にかかる他の酸化物負性抵抗
素子においては、１対の電極と、該１対の電極の間の結
晶欠陥あるいは元素欠損を有する酸化物中間層とから構
成され、該結晶欠陥あるいは元素欠損が該酸化物中間層
のバンドギャップ中に準位を形成し、これらの結晶欠陥
あるいは元素欠損が該酸化物中間層内の主たる電気伝導
路となっている構成を採用した。

【０００７】これらの場合、酸化物中間層を、電子が直
接トンネルすることによるトンネル電流を抑制するのに
充分な厚さをもたせることができ、その材料として、Ｍ
ｇＯ，ＭｇＴｉＯ₃，Ｍｇ₂ＴｉＯ₄あるいはＭｇＩｎ
₂Ｏ₄を用いることができ、これらの酸化物中間層に含
まれる不純物としてＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂あるいはＩｎ ₂
Ｏ₃を用いることができる。

【０００８】また、これらの場合、電極として、酸化物
超電導体、金属、可視光に対して透明な導電性材料を用
いることができる。

【０００９】そしてまた、これらの場合、酸化物中間層
と一方の電極の間に半導体層を挿入して整流特性をもた
せることができる。

【００１０】この場合、半導体としてＮｂをドープした
ＳｒＴｉＯ₃，ＬａをドープしたＳｒＴｉＯ₃あるいは
Ｉｎ₂Ｏ₃、あるいは、酸素を減量したＳｒＴｉＯ₃を
用いることができる。

【００１１】この場合、半導体として半導体基板を用
い、一方の電極を該半導体基板の裏面に形成して電流容
量を大きくすることができ、また、半導体として半導体
基板を用い、両方の電極を半導体基板の同一面上に形成
し、または、半導体薄膜を用いることによって製造工程
を容易にすることができる。

【００１２】また、本発明にかかる酸化物負性抵抗素子
の製造方法においては、半導体層と酸化物中間層の間の
元素の相互拡散によって、該酸化物中間層に不純物を混
入し、該不純物によって該酸化物中間層のバンドギャッ
プ中に準位を形成し、該不純物によって該酸化物中間層
内の主たる電気伝導路を形成する工程を採用した。

【００１３】また、本発明にかかる他の酸化物負性抵抗
素子の製造方法においては、半導体基板上に形成された
酸化物中間層と電極材料層の積層構造を選択的に除去す
る工程をイオンビームエッチングによって行い、この工
程のイオンビーム照射によって半導体基板の表面にキャ
リアを生成する工程を採用した。

【００１４】

【作用】図１は、本発明の第１形式の酸化物負性抵抗素
子の原理説明図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ），
（Ｃ），（Ｄ）は動作原理説明図である。この図におい
て、１，３は電極、２は酸化物中間層である。

【００１５】本発明の第１形式の酸化物負性抵抗素子
は、図１（Ａ）に示されるように、不純物あるいは結晶
欠陥や元素欠損を有する酸化物中間層２を、第１の電極
１と第２の電極３によって挟んだ構造になっている。こ
の第１形式の酸化物負性抵抗素子において、後述するよ
うに、例えば成長温度が５００℃以上を必要とする酸化
物超伝導体を電極１と電極３として用いる場合、酸化物
中間層２がその温度に耐え、しかも超伝導体との結晶整
合も満たさなければならない。この酸化物中間層２に高
融点の酸化物材料を用いることによって、これらの条件
を満たすことができる。

【００１６】図１（Ｂ）は、第１形式の酸化物負性抵抗
素子の電極１と電極３の間に電圧を印加していない場合
のエネルギーバンド構造を示しており、酸化物中間層２
のエネルギーバンドは水平になっているため、キャリア
（電子）は流れない。

【００１７】図１（Ｃ）は、第１形式の酸化物負性抵抗
素子の電極１に電極３に対して負の電位を印加した場合
のエネルギーバンド構造を示しており、印加した電圧の
多くは低誘電率の酸化物中間層２に加わり、酸化物中間
層２のエネルギーバンドが電極１から電極３に向かって
傾斜するため、電極１から電極３に向かってキャリア
（電子）が流れ始める。したがって、電流は電極３から
電極１に向かって流れる。

【００１８】図１（Ｄ）は、第１形式の酸化物負性抵抗
素子の電極１に電極３に対して高い負の電位を印加した
場合のエネルギーバンド構造を示しており、印加した電
圧の多くは低誘電率の酸化物中間層２に加わり、酸化物
中間層２のエネルギーバンドが電極１から電極３に向か
って大きく傾斜するが、酸化物中間層の伝導帯が狭いた
めキャリア（電子）が散乱を受けはじめる。

【００１９】このとき、例えば、酸化物中間層２の厚さ
が電極１と電極３の間でキャリア（電子）が直接トンネ
ルしないように、酸化物中間層２の厚さを充分に確保し
てあるとき、電流は減少し、その結果、負性抵抗が観測
される。

【００２０】図２は、本発明の第２形式の酸化物負性抵
抗素子の原理説明図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ），
（Ｃ），（Ｄ）は動作原理説明図である。この図におい
て、１，３は電極、２は酸化物中間層、４は半導体層で
ある。

【００２１】本発明の第２形式の酸化物負性抵抗素子
は、図２（Ａ）に示されるように、不純物あるいは結晶
欠陥や元素欠損を有する酸化物中間層２と、半導体層４
を、第１の電極１と第２の電極３によって挟んだ構造に
なっている。この第２形式の酸化物負性抵抗素子におい
ても、後述するように、例えば成長温度が５００℃以上
を必要とする酸化物超伝導体を電極１と電極３として用
いる場合、酸化物中間層２や半導体層４がその温度に耐
え、しかも超伝導体との結晶整合も満たさなければなら
ない。この酸化物中間層２や半導体層４に高融点の酸化
物材料を用いることによって、これらの条件を満たすこ
とができる。

【００２２】図２（Ｂ）は、第２形式の酸化物負性抵抗
素子の電極１と電極３の間に電圧を印加していない場合
のエネルギーバンド構造を示しており、酸化物中間層２
のエネルギーバンドは水平になっているため、キャリア
（電子）は流れない。

【００２３】図２（Ｃ）は、第２形式の酸化物負性抵抗
素子の電極１に電極３に対して負の電位を印加した場合
のエネルギーバンド構造を示しており、印加した電圧の
多くは低誘電率の酸化物中間層２に加わり、酸化物中間
層２のエネルギーバンドが電極１から電極３に向かって
傾斜するため、電極１から電極３に向かってキャリア
（電子）が流れ始める。

【００２４】この場合、半導体層４の電極３との界面に
生じた空乏層には順方向の電圧の場合には電流の流れを
妨げない。逆に、電極１に正電位を印加すると、半導体
層４の酸化物中間層２との界面、および電極３との界面
に生じる空乏層が電流の流れを妨げる。２つの空乏層の
うち、酸化物中間層２側の空乏層に対して印加電圧は順
方向であるが、印加電圧の多くは酸化物中間層２に加わ
り、バンドは全印加電圧に対して緩やかにフラットに近
づく。

【００２５】図２（Ｄ）は、第２形式の酸化物負性抵抗
素子の電極１に電極３に対して高い負の電位を印加した
場合のエネルギーバンド構造を示しており、印加した電
圧の多くは低誘電率の酸化物中間層２に加わり、酸化物
中間層２のエネルギーバンドが電極１から電極３に向か
って大きく傾斜するが、酸化物中間層２の伝導帯が狭い
ためキャリア（電子）が散乱を受けはじめる。

【００２６】そのため、この空乏層は順方向電圧である
にもかかわらず電流の流れを妨げる方向に働き、負性抵
抗特性をもつ整流特性が得られる。

【００２７】図３は、本発明の第２形式の酸化物負性抵
抗素子の特性説明図である。この図は、電極１と電極３
に直径６μｍのＹＢＣＯを用い、酸化物中間層２に厚さ
２０ｎｍのＭｇ₂ＴｉＯ₄を用い、半導体層４として酸
素減量ＳｒＴｉＯ₃を用い、伝導帯を形成するための酸
化物としてＴｉＯ₂を用いて酸化物負性抵抗素子を形成
し、４．２Ｋの温度において測定した印加電圧と電流密
度の関係を示している。

【００２８】この図によると、第２形式の酸化物負性抵
抗素子に１０Ｖの逆方向電圧から１０Ｖの順方向電圧の
範囲で電圧を印加した場合の電流密度の推移の特性は、
整流特性と負性抵抗特性を共にもつことがわかる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の酸化物負性抵抗素子の実施例
を説明する。

【００３０】（第１実施例）図４は、第１実施例の酸化
物負性抵抗素子の構成説明図である。この図において、
１１，１３はＡｕ電極、１２は（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）
層、１５はＭｇＯ基板である。この実施例の酸化物負性
抵抗素子においては、ＭｇＯ基板１５の上の全面にＡｕ
電極１３を形成し、その上に一部に酸化物中間層として
ＭｇＯにＴｉＯ₂を混入した（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１
２を形成し、（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１２の上にＡｕ電
極１１を形成している。

【００３１】この実施例の酸化物負性抵抗素子のＭｇＯ
基板１５は、その上に形成する（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層
１２の格子定数とマッチングするために用いられてい
る。

【００３２】（第２実施例）図５は、第２実施例の酸化
物負性抵抗素子の構成説明図である。この図において、
２１はＡｕ電極、２２は（ＭｇＯＴｉＯ₃−Ｔｉ）層、
２３はＹＢＣＯ電極、２５はＭｇＯ基板である。この実
施例の酸化物負性抵抗素子においては、ＭｇＯ基板２５
の上の全面に酸化物超伝導体であるＹＢＣＯ電極２３を
形成し、その上の一部に酸化物中間層としてＭｇＯＴｉ
Ｏ₃からＴｉを減量して元素欠陥を生じている（ＭｇＯ
ＴｉＯ₃−Ｔｉ）層２２を形成し、この（ＭｇＯＴｉＯ
₃−Ｔｉ）層２２の上にＡｕ電極２１を形成している。

【００３３】この実施例の酸化物負性抵抗素子のＭｇＯ
基板２５は、その上に直接形成するＹＢＣＯ電極２３と
の格子定数と熱膨張係数をマッチングするために用いら
れている。

【００３４】（第３実施例）図６は、第３実施例の酸化
物負性抵抗素子の構成説明図である。この図において、
３１，３３はＹＢＣＯ電極、３２は（ＭｇＯ＋Ｔｉ
Ｏ₂）層、３４は（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板である。
この実施例の酸化物負性抵抗素子においては、酸化物半
導体であるＳｒＴｉＯ ₃にＮｂをドープした（ＳｒＴｉ
Ｏ₃＋Ｎｂ）基板３４の上の一部に酸化物中間層である
（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層３２を形成し、この（ＭｇＯ＋
ＴｉＯ₂）層３２の上に酸化物超伝導体であるＹＢＣＯ
電極３１を形成し、（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板３４の
他の一部の上にＹＢＣＯ電極３３を形成している。

【００３５】半導体層である（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基
板３４を用いることによって、負性抵抗特性に加えて整
流特性をもたせることができる。また、酸化物超伝導体
であるＹＢＣＯ電極３１とＹＢＣＯ電極３３を用いるこ
とによって、超伝導配線と接続することができる。超伝
導体電極としてＹＢＣＯの他、ＢＳＣＣＯを用いること
も可能である。この実施例のように、酸化物半導体とし
て（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板３４を用いることによっ
て、（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層３２との相互拡散を容易に
することができる。

【００３６】（第４実施例）図７は、第４実施例の酸化
物負性抵抗素子の構成説明図である。この図において、
４１，４３はＡｕ電極、４２は（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）
層、４４は（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板である。

【００３７】この実施例の酸化物負性抵抗素子において
は、酸化物半導体であるＳｒＴｉＯ ₃にＮｂをドープし
た（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板４４の上の一部に酸化物
中間層である（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層４２を形成し、こ
の（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層４２の上にＡｕ電極４１を形
成し、（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板４４の他の一部の上
にＡｕ電極４３を形成している。

【００３８】半導体層である（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基
板４４を用いることによって、負性抵抗特性に加えて整
流特性をもたせることができる。また、通常用いられる
Ａｕ電極４１とＡｕ電極４３を用いることによって、容
易に負性抵抗ダイオードを製造することができる。この
実施例のように、酸化物半導体として（ＳｒＴｉＯ₃＋
Ｎｂ）基板４４を用いることによって、（ＭｇＯ＋Ｔｉ
Ｏ₂）層４２との相互拡散を容易にすることができる。

【００３９】（第５実施例）図８は、第５実施例の酸化
物負性抵抗素子の構成説明図である。この図において、
５１，５３はＩＴＯ電極、５２は（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）
層、５４は（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）基板である。

【００４０】この実施例の酸化物負性抵抗素子において
は、酸化物半導体であるＳｒＴｉＯ ₃から酸素（Ｏ）を
減量した（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）基板５４の上の一部に酸
化物中間層である（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層５２を形成
し、この（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層５２の上にＩＴＯ電極
５１を形成し、（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）基板５４の他の一
部の上にＩＴＯ電極５３を形成している。

【００４１】半導体層である（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）基板
５４を用いることによって、負性抵抗特性に加えて整流
特性をもたせることができる。このＳｒＴｉＯ₃は酸化
物半導体の中でもキャリアの移動度が大きいため高速動
作可能な酸化物負性抵抗素子を実現することができる。

【００４２】また、透明電極であるＩＴＯ電極５１，５
３を用い、（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）基板５４を薄くするこ
とにより、または、（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）基板５４の表
面の酸素を減量することによって透明にし、透明な回路
を製造するためのダイオードとして用いることができ
る。透明電極としては、ＩＴＯの他、Ｉｎ₂Ｏ₃を用い
ることができる。

【００４３】（第６実施例）図９は、第６実施例の酸化
物負性抵抗素子の構成説明図である。この図において、
６１，６３はＮｂ電極、６２は（Ｍｇ₂ＴｉＯ₄＋Ｔｉ
Ｏ₂）層、６４は（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板である。

【００４４】この実施例の酸化物負性抵抗素子において
は、酸化物半導体であるＳｒＴｉＯ ₃にＮｂをドープし
た（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板６４の上の一部に酸化物
中間層である（Ｍｇ₂ＴｉＯ₄＋ＴｉＯ₂）層６２を形
成し、この（Ｍｇ₂ＴｉＯ₄＋ＴｉＯ₂）層６２の上に
Ｎｂ電極６１を形成し、（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板６
４の他の一部の上にＮｂ電極６３を形成している。

【００４５】半導体層である（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基
板６４を用いることによって、負性抵抗特性に加えて整
流特性をもたせることができる。このＳｒＴｉＯ₃は酸
化物半導体の中でもキャリアの移動度が大きいため高速
動作可能な酸化物負性抵抗素子を実現することができ
る。また、低誘電率の酸化物中間層としてＴｉＯ₂を添
加したＭｇ₂ＴｉＯ₄を用いると、（ＭｇＯ−Ｔｉ
Ｏ₂）複合酸化物は様々な結晶をもち、ＴｉＯ₂をその
含有量に応じて結晶中に取り込むことができるため、Ｔ
ｉＯ₂を混入材料として用いる場合は材料の相性がよ
い。

【００４６】このような理由から、中間層としてＭｇＯ
や、ＭｇＯを母体としたＭｇＴｉＯ ₃，ＭｇＩｎＯ₄を
用いることができる。Ｎｂ電極６１，６３と（ＳｒＴｉ
Ｏ₃＋Ｎｂ）基板６４の間にバリアが生じ難いため電気
的な抵抗を低くすることができる。

【００４７】（第７実施例）図１０は、第７実施例の酸
化物負性抵抗素子の構成説明図である。この図におい
て、７１，７３はＡｕ電極、７２は（ＭｇＯ＋Ｉｎ₂Ｏ
₃）層、７４は（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板である。

【００４８】この実施例の酸化物負性抵抗素子において
は、酸化物半導体であるＳｒＴｉＯ ₃にＮｂをドープし
た（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板７４の上の一部に酸化物
中間層である（ＭｇＯ＋Ｉｎ₂Ｏ₃）層７２を形成し、
この（ＭｇＯ＋Ｉｎ₂Ｏ₃）層７２の上にＡｕ電極７１
を形成し、（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板７４の他の一部
の上にＡｕ電極７３を形成している。

【００４９】半導体層である（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基
板７４を用いることによって、負性抵抗特性に加えて整
流特性をもたせることができる。このＳｒＴｉＯ₃は酸
化物半導体の中でもキャリアの移動度が大きいため高速
動作可能な酸化物負性抵抗素子を実現することができ
る。また、酸化物中間層としてＭｇＯにＩｎ₂Ｏ₃を混
入した（ＭｇＯ＋Ｉｎ₂Ｏ ₃）層７２を用いると、Ｉｎ
₂Ｏ₃は半導体であるが、ＭｇＯと混合することでバリ
アが形成される。元来、ＭｇＩｎ₂Ｏ₄は、ＭｇＯとＩ
ｎ₂Ｏ₃に分離しやすく、この２つの材料を同時に成長
することによって混合状態を実現することができる。

【００５０】（第８実施例）図１１は、第８実施例の酸
化物負性抵抗素子の構成説明図である。この図におい
て、８１，８３はＡｕ電極、８２は（ＭｇＯ＋Ｉｎ₂Ｏ
₃）層、８４はＩｎ₂Ｏ₃基板である。

【００５１】この実施例の酸化物負性抵抗素子において
は、酸化物半導体であるＩｎ₂Ｏ₃基板８４の上の一部
に酸化物中間層である（ＭｇＯ＋Ｉｎ₂Ｏ₃）層８２を
形成し、この（ＭｇＯ＋Ｉｎ₂Ｏ₃）層８２の上にＡｕ
電極８１を形成し、Ｉｎ₂Ｏ ₃基板８４の他の一部の上
にＡｕ電極８３を形成している。

【００５２】半導体層であるＩｎ₂Ｏ₃基板８４を用い
ることによって、負性抵抗特性に加えて整流特性をもた
せることができる。また、酸化物中間層としてＭｇＯに
Ｉｎ₂Ｏ₃を混入した（ＭｇＯ＋Ｉｎ₂Ｏ ₃）層８２を
用いると、Ｉｎ₂Ｏ₃は半導体であるが、ＭｇＯと混合
することでバリアが形成される。元来、ＭｇＩｎ₂Ｏ₄
は、ＭｇＯとＩｎ₂Ｏ₃に分離しやすく、この２つの材
料を同時に成長することによって混合状態を実現するこ
とができる。

【００５３】Ｉｎ₂Ｏ₃は酸化物中間層への混合材料と
しても用いられるため、酸化物中間層としてＭｇＯを母
体に用いた場合、材料としての相性がよい。この他、半
導体材料としてＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ₃や、Ｌａ
をドープしたＳｒＴｉＯ₃を用いることができる。ま
た、Ｉｎ₂Ｏ₃基板８４のキャリアの移動度が大きいた
め高速動作を可能にすることができる。

【００５４】（第９実施例）図１２は、第９実施例の酸
化物負性抵抗素子の構成説明図である。この図におい
て、９１，９３はＡｕ電極、９２は（ＭｇＯ＋Ｔｉ
Ｏ₂）層、９４は（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）基板である。

【００５５】この実施例の酸化物負性抵抗素子において
は、酸化物半導体であるＳｒＴｉＯ ₃の酸素（Ｏ）を減
量した（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）基板９４の上の一部に酸化
物中間層である（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層９２を形成し、
この（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層９２の上にＡｕ電極９１を
形成し、（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）基板９４の他の一部の上
にＡｕ電極９３を形成している。

【００５６】半導体層である（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）基板
９４を用いることによって、負性抵抗特性に加えて整流
特性をもたせることができる。半導体基板を用いる場
合、酸素の減量によるキャリアの生成により基板表面の
薄い層に限ってキャリアを生成できるため、透明度を確
保することができるとともに、容易に酸化物負性抵抗素
子を製造することができる。

【００５７】（第１０実施例）図１３は、第１０実施例
の酸化物負性抵抗素子の構成説明図である。この図にお
いて、１０１，１０３はＡｕ電極、１０２は（ＭｇＯ＋
ＴｉＯ₂）層、１０４は（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板で
ある。

【００５８】この実施例の酸化物負性抵抗素子において
は、酸化物半導体であるＳｒＴｉＯ ₃にＮｂをドープし
た（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板１０４の上の全面に酸化
物中間層である（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１０２を形成
し、（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１０２の上にＡｕ電極１０
１を形成し、（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板１０４の裏面
の全面にＡｕ電極１０３を形成している。

【００５９】この実施例によると、特に、微細加工する
必要がない場合や、大きな電流の制御に応用する場合、
最も簡単な工程によって酸化物負性抵抗素子を製造する
ことができる。

【００６０】（第１１実施例）図１４は、第１１実施例
の酸化物負性抵抗素子の構成説明図である。この図にお
いて、１１１，１１３はＹＢＣＯ電極、１１２は（Ｍｇ
Ｏ＋ＳｎＯ ₂）層、１１４は（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｌａ）基
板である。

【００６１】この実施例の酸化物負性抵抗素子において
は、酸化物半導体であるＳｒＴｉＯ ₃にＬａをドープし
た（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｌａ）基板１１４の上の一部に酸化
物中間層である（ＭｇＯ＋ＳｎＯ₂）層１１２を形成
し、（ＭｇＯ＋ＳｎＯ₂）層１１２の上にＹＢＣＯ電極
１１１を形成し、（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｌａ）基板１１４の
他の一部にＹＢＣＯ電極１１３を形成している。

【００６２】この実施例によると、両方の電極、ＹＢＣ
Ｏ電極１１１，１１３を同一面に形成しているため、微
細加工を必要とする場合に比較的容易に製造できる。
（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｌａ）基板１１４を用いると、不純物
であるＬａの活性化率がＮｂに比較して高いため、キャ
リアが効率よく生成される。

【００６３】（第１５実施例）図１５は、第１２実施例
の酸化物負性抵抗素子の構成説明図である。この図にお
いて、１２１，１２３はＹＢＣＯ電極、１２２は（Ｍｇ
Ｏ＋ＴｉＯ ₂）層、１２４は（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）層、
１２５はＭｇＯ基板である。

【００６４】この実施例の酸化物負性抵抗素子において
は、ＭｇＯ基板１２５の上に酸化物中間層である（Ｓｒ
ＴｉＯ₃−Ｏ）層１２４を形成し、その上の一部に酸化
物中間層である（ＭｇＯ＋ＳｎＯ₂）層１１２を形成
し、この（ＭｇＯ＋ＳｎＯ₂）層１１２の上にＹＢＣＯ
電極１２１を形成し、（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）層１２４の
上の他の一部にＹＢＣＯ電極１２３を形成している。

【００６５】この実施例によると、ＭｇＯ基板１２５の
上に酸化物中間層である（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）層１２４
を形成しているため、同一基板上に形成したダイオード
の素子分離が容易になる。

【００６６】（第１６実施例）図１６は、第１３実施例
の酸化物負性抵抗素子の構成説明図である。この図にお
いて、１３１，１３３はＹＢＣＯ電極、１３２は（Ｍｇ
Ｏ＋ＴｉＯ ₂）層、１３４はＳｒＴｉＯ₃基板である。

【００６７】この実施例の酸化物負性抵抗素子において
は、酸化物半導体であるＳｒＴｉＯ ₃基板１３４の上に
ＭｇＯ層を成長する工程において、ＳｒＴｉＯ₃層１３
４からのＴｉＯ₂を取り込むことによって酸化物中間層
である（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１３２を形成し、その両
側にＹＢＣＯ電極１３１，１３３を形成している。

【００６８】この実施例によると、酸化物半導体である
ＳｒＴｉＯ₃基板１３４の上にＭｇＯ層を成長する工程
で、ＳｒＴｉＯ₃層１３４から拡散されるＴｉＯ₂を取
り込んで酸化物中間層である（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１
３２を形成するため、製造工程を簡略化することができ
る。

【００６９】（第１７実施例）図１７は、第１４実施例
の酸化物負性抵抗素子の構成説明図である。この図にお
いて、１４１，１４３はＹＢＣＯ電極、１４２は（Ｍｇ
Ｏ＋ＴｉＯ ₂）層、１４４はＳｒＴｉＯ₃基板、１４６
はフォトレジストである。

【００７０】この実施例の酸化物負性抵抗素子において
は、酸化物半導体であるＳｒＴｉＯ ₃基板１４４の上に
酸化物中間層である（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１４２、Ｙ
ＢＣＯ電極１４１，１４３を形成するためのＹＢＣＯ層
を形成し、その上のＹＢＣＯ電極１４１，１４３を形成
する予定の位置にフォトレジスト１４６を形成し、この
フォトレジスト１４６をマスクにして、イオンビームを
照射して、ＹＢＣＯ層と（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１４２
を選択的にエッチングして、ＹＢＣＯ電極１４１，１４
３を残し、（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１４２を分離して酸
化物負性抵抗素子を形成する。

【００７１】この実施例の特徴は、ＹＢＣＯ電極１４
１，１４３を分離するためのイオンビーム照射によって
ＳｒＴｉＯ₃基板１４４の表面の酸素を減量してキャリ
アの生成を行い、製造工程を簡略化することである。

【００７２】（第１８実施例）図１８は、第１５実施例
の酸化物負性抵抗素子の構成説明図である。この図にお
いて、１５１，１５３はＹＢＣＯ電極、１５２は（Ｍｇ
Ｏ＋ＴｉＯ ₂）層、１５４はＳｒＴｉＯ₃基板である。

【００７３】この実施例の酸化物負性抵抗素子において
は、酸化物半導体であるＳｒＴｉＯ ₃基板１５４の上
に、面積が異なる（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１５２とＹＢ
ＣＯ電極１５１、および、（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１５
２とＹＢＣＯ電極１５３を形成している。

【００７４】この実施例によると、２つの電極に酸化物
中間層である（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１５２が介在され
ていても、両電極の面積に差があることが原因して、各
電極に形成されるダイオードに印加される電圧が著しく
異なるため、この差に相当する負性抵抗特性を有するダ
イオードを形成することができる。このような構造とす
ることによって、酸化物中間層と電極となる薄膜を同一
真空容器中で形成した後、電極形状に加工することがで
き、著しく製造工程が単純化される。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると酸
化物を用いた負性抵抗素子、あるいは負性抵抗特性を有
するダイオードを実現することができ、酸化物を用いた
エレクトロニクスの発展に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１形式の酸化物負性抵抗素子の原理
説明図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ），（Ｃ），
（Ｄ）は動作原理説明図である。

【図２】本発明の第２形式の酸化物負性抵抗素子の原理
説明図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ），（Ｃ），
（Ｄ）は動作原理説明図である。

【図３】本発明の第２形式の酸化物負性抵抗素子の特性
説明図である。

【図４】第１実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説明図
である。

【図５】第２実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説明図
である。

【図６】第３実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説明図
である。

【図７】第４実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説明図
である。

【図８】第５実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説明図
である。

【図９】第６実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説明図
である。

【図１０】第７実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説明
図である。

【図１１】第８実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説明
図である。

【図１２】第９実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説明
図である。

【図１３】第１０実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説
明図である。

【図１４】第１１実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説
明図である。

【図１５】第１２実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説
明図である。

【図１６】第１３実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説
明図である。

【図１７】第１４実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説
明図である。

【図１８】第１５実施例の酸化物負性抵抗素子の構成説
明図である。

【符号の説明】

１，３電極２酸化物中間層４半導体層１１，１３Ａｕ電極１２（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１５ＭｇＯ基板２１Ａｕ電極２２（ＭｇＯＴｉＯ₃−Ｔｉ）層２３ＹＢＣＯ電極２５ＭｇＯ基板３１，３３ＹＢＣＯ電極３２（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層３４（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板４１，４３Ａｕ電極４２（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層４４（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板５１，５３ＩＴＯ電極５２（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層５４（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）基板６１，６３Ｎｂ電極６２（Ｍｇ₂ＴｉＯ₄＋ＴｉＯ₂）層６４（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板７１，７３Ａｕ電極７２（ＭｇＯ＋Ｉｎ₂Ｏ₃）層７４（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板８１，８３Ａｕ電極８２（ＭｇＯ＋Ｉｎ₂Ｏ₃）層８４Ｉｎ₂Ｏ₃基板９１，９３Ａｕ電極９２（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層９４（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）基板１０１，１０３Ａｕ電極１０２（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１０４（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｎｂ）基板１１１，１１３ＹＢＣＯ電極１１２（ＭｇＯ＋ＳｎＯ₂）層１１４（ＳｒＴｉＯ₃＋Ｌａ）基板１２１，１２３ＹＢＣＯ電極１２２（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１２４（ＳｒＴｉＯ₃−Ｏ）層１２５ＭｇＯ基板１３１，１３３ＹＢＣＯ電極１３２（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１３４ＳｒＴｉＯ₃基板１４１，１４３ＹＢＣＯ電極１４２（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１４４ＳｒＴｉＯ₃基板１４６フォトレジスト１５１，１５３ＹＢＣＯ電極１５２（ＭｇＯ＋ＴｉＯ₂）層１５４ＳｒＴｉＯ₃基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１対の電極と、該１対の電極の間の酸化
物中間層と、該酸化物中間層の中の不純物から構成さ
れ、該不純物が該酸化物中間層のバンドギャップ中に準
位を形成し、該不純物が該酸化物中間層内の主たる電気
伝導路を形成していることを特徴とする酸化物負性抵抗
素子。
【請求項２】１対の電極と、該１対の電極の間の結晶
欠陥あるいは元素欠損を有する酸化物中間層とから構成
され、該結晶欠陥あるいは元素欠損が該酸化物中間層の
バンドギャップ中に準位を形成し、これらの結晶欠陥あ
るいは元素欠損が該酸化物中間層内の主たる電気伝導路
となっていることを特徴とする酸化物負性抵抗素子。
【請求項３】酸化物中間層と一方の電極の間に半導体
層を有することを特徴とする請求項１または請求項２に
記載された酸化物負性抵抗素子。
【請求項４】酸化物中間層が、電子が直接トンネルす
ることによるトンネル電流を抑制するのに充分な厚さを
有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載
された酸化物負性抵抗素子。
【請求項５】電極が酸化物超電導体で形成されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された
酸化物負性抵抗素子。
【請求項６】電極が金属で形成されていることを特徴
とする請求項１または請求項２に記載された酸化物負性
抵抗素子。
【請求項７】電極が可視光に対して透明な導電性材料
で形成されていることを特徴とする請求項１または請求
項２に記載された酸化物負性抵抗素子。
【請求項８】酸化物中間層がＭｇＯ，ＭｇＴｉＯ₃，
Ｍｇ₂ＴｉＯ₄あるいはＭｇＩｎ₂Ｏ₄で形成されてい
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載され
た酸化物負性抵抗素子。
【請求項９】酸化物中間層に含まれる不純物としてＴ
ｉＯ₂，ＳｎＯ₂あるいはＩｎ₂Ｏ₃を用いたことを特
徴とする請求項１または請求項２に記載された酸化物負
性抵抗素子。
【請求項１０】半導体としてＮｂをドープしたＳｒＴ
ｉＯ₃，ＬａをドープしたＳｒＴｉＯ₃あるいはＩｎ₂
Ｏ₃を用いたことを特徴とする請求項３に記載された酸
化物負性抵抗素子。
【請求項１１】半導体として酸素を減量したＳｒＴｉ
Ｏ₃を用いたことを特徴とする請求項３に記載された酸
化物負性抵抗素子。
【請求項１２】半導体基板を用い、かつ、一方の電極
が該半導体基板の裏面に形成したことを特徴とする請求
項３に記載された酸化物負性抵抗素子。
【請求項１３】半導体基板を用い、かつ、両方の電極
を半導体基板の同一面上に形成したことを特徴とする請
求項３に記載された酸化物負性抵抗素子。
【請求項１４】半導体として基板上に形成された半導
体薄膜を用いたことを特徴とする請求項３に記載された
酸化物負性抵抗素子。
【請求項１５】半導体層または半導体基板の上に、面
積が異なる酸化物中間層と電極の積層構造を形成したこ
とを特徴とする請求項３に記載された酸化物負性抵抗素
子。
【請求項１６】半導体層と酸化物中間層の間の元素の
相互拡散によって、該酸化物中間層に不純物を混入し、
該不純物によって該酸化物中間層のバンドギャップ中に
準位を形成し、該不純物によって該酸化物中間層内の主
たる電気伝導路を形成する工程を含むことを特徴とする
酸化物負性抵抗素子の製造方法。
【請求項１７】半導体基板上に形成された酸化物中間
層と電極材料層の積層構造を選択的に除去する工程をイ
オンビームエッチングによって行い、この工程のイオン
ビーム照射によって半導体基板の表面にキャリアを生成
する工程を含むことを特徴とする酸化物負性抵抗素子の
製造方法。