JPH11233305A - Ｐｔｃサーミスタ薄膜素子 - Google Patents
Ｐｔｃサーミスタ薄膜素子Info
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- JPH11233305A JPH11233305A JP10032456A JP3245698A JPH11233305A JP H11233305 A JPH11233305 A JP H11233305A JP 10032456 A JP10032456 A JP 10032456A JP 3245698 A JP3245698 A JP 3245698A JP H11233305 A JPH11233305 A JP H11233305A
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- Japan
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- thin film
- ptc thermistor
- substrate
- barium titanate
- type semiconductor
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- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低抵抗で優れたＰＴＣ特性を示すＰＴＣサー
ミスタ薄膜素子を提供する。 【解決手段】 ｎ型半導体基板の表面上にチタン酸バリ
ウム系ＰＴＣサーミスタ薄膜、さらに上部電極を形成
し、加えて前記基板の裏面に下部電極を形成した構成と
する。
ミスタ薄膜素子を提供する。 【解決手段】 ｎ型半導体基板の表面上にチタン酸バリ
ウム系ＰＴＣサーミスタ薄膜、さらに上部電極を形成
し、加えて前記基板の裏面に下部電極を形成した構成と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＰＴＣサーミスタ
薄膜素子および製造方法に関するものである。
薄膜素子および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、チタン酸バリウム系セラミクス
は、高い抵抗率・誘電率をもつため、セラミック・フィ
ルタやコンデンサ材料など幅広く利用されている。ま
た、希土類元素などを微量添加することにより半導体化
したチタン酸バリウム系半導体は、強誘電体相から常誘
電体相への転移点であるキュリー点に対応して抵抗が急
激に増加するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficie
nt）特性を示すことから、ＰＴＣサーミスタとして、温
度センサやスイッチング素子などとして利用されてい
る。
は、高い抵抗率・誘電率をもつため、セラミック・フィ
ルタやコンデンサ材料など幅広く利用されている。ま
た、希土類元素などを微量添加することにより半導体化
したチタン酸バリウム系半導体は、強誘電体相から常誘
電体相への転移点であるキュリー点に対応して抵抗が急
激に増加するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficie
nt）特性を示すことから、ＰＴＣサーミスタとして、温
度センサやスイッチング素子などとして利用されてい
る。
【０００３】さて、近年電子部品の小型化・軽量化の動
きが強まる中で、様々な材料を薄膜化する試みがなされ
ている。チタン酸バリウム系半導体によるＰＴＣサーミ
スタの場合、薄膜化することによりバルクと比較して熱
容量の大幅な低減が可能であるため、バルクでは実現で
きないセンサー素子として高速応答化が実現できる。な
ぜならば、バルクの場合、熱容量を小さくするためチッ
プサイズを小さくしていくと、加工精度の問題で素子間
での特性のバラツキが大きくなったり、機械的強度が問
題となるからである。
きが強まる中で、様々な材料を薄膜化する試みがなされ
ている。チタン酸バリウム系半導体によるＰＴＣサーミ
スタの場合、薄膜化することによりバルクと比較して熱
容量の大幅な低減が可能であるため、バルクでは実現で
きないセンサー素子として高速応答化が実現できる。な
ぜならば、バルクの場合、熱容量を小さくするためチッ
プサイズを小さくしていくと、加工精度の問題で素子間
での特性のバラツキが大きくなったり、機械的強度が問
題となるからである。
【０００４】加えて、薄膜化によりサーミスタを必要と
する集積回路上へのモノリシック化など様々な新しい応
用も考えられる。チタン酸バリウム系半導体にるよＰＴ
Ｃサーミスタの薄膜化は、主にスパッタ法により行われ
ている。これは、真空蒸着法やＣＶＤ法では、ＰＴＣ特
性を持たせるために必要なチタン酸バリウムへの希土類
元素などの微量添加の制御性に問題があるからである。
スパッタ法によりＰＴＣ特性を有するチタン酸バリウム
系半導体薄膜を得るためには、スパッタ時の基板温度ま
たはスパッタ後の熱処理温度を少なくとも８００℃以上
とし、１時間以上行う必要がある（例えば、エレクトロ
ニク・セラミクス、1987年、9月号、ｐ28〜33、および
公開特許、平２−７７１０２号公報）。
する集積回路上へのモノリシック化など様々な新しい応
用も考えられる。チタン酸バリウム系半導体にるよＰＴ
Ｃサーミスタの薄膜化は、主にスパッタ法により行われ
ている。これは、真空蒸着法やＣＶＤ法では、ＰＴＣ特
性を持たせるために必要なチタン酸バリウムへの希土類
元素などの微量添加の制御性に問題があるからである。
スパッタ法によりＰＴＣ特性を有するチタン酸バリウム
系半導体薄膜を得るためには、スパッタ時の基板温度ま
たはスパッタ後の熱処理温度を少なくとも８００℃以上
とし、１時間以上行う必要がある（例えば、エレクトロ
ニク・セラミクス、1987年、9月号、ｐ28〜33、および
公開特許、平２−７７１０２号公報）。
【０００５】図５は、スパッタ法によりＳｒ、Ｍｎ、
Ｙ、Ｓｉを添加したチタン酸バリウム薄膜をアルミナ基
板上に形成し、さらに１０００℃で３時間熱処理するこ
とにより作製し、その後、その上に櫛形電極対を形成し
た従来の構成のＰＴＣサーミスタ薄膜素子である。図５
において５３はアルミナ下地基板、５２はＰＴＣサーミ
スタ薄膜、５１ａおよび５１ｂは１対のアルミニウム薄
膜による櫛形電極（電極間隔８０μｍ、手の組み合わせ
数１０本、手の長さ５ｍｍ）である。
Ｙ、Ｓｉを添加したチタン酸バリウム薄膜をアルミナ基
板上に形成し、さらに１０００℃で３時間熱処理するこ
とにより作製し、その後、その上に櫛形電極対を形成し
た従来の構成のＰＴＣサーミスタ薄膜素子である。図５
において５３はアルミナ下地基板、５２はＰＴＣサーミ
スタ薄膜、５１ａおよび５１ｂは１対のアルミニウム薄
膜による櫛形電極（電極間隔８０μｍ、手の組み合わせ
数１０本、手の長さ５ｍｍ）である。
【０００６】Ｓｒは、ＰＴＣサーミスタの抵抗が急激に
増大する温度を移動させるためのシフターとして、Ｙは
結晶粒内を半導体化させるために、Ｍｎは温度上昇によ
る抵抗変化を大きくするために、Ｓｉは結晶粒径を均一
にするために用いられている。さて、ＰＴＣサーミスタ
薄膜を素子化する際、基板上にＰＴＣサーミスタ薄膜を
スパッタ法で形成し、その上に１対の櫛形電極を形成し
た従来の構成（図５）では、薄膜の膜厚を最大でも数μ
ｍにしかできない（数十μｍ厚にすると薄膜の内部応力
のため基板から剥離してしまう）ため、室温における抵
抗値がかなり高くなり、実用上問題がある。そのため、
ＰＴＣサーミスタ素子の構成としては、基板上に下部電
極を形成し、その上にＰＴＣサーミスタ薄膜を形成し、
その上に上部電極を形成した構成とする必要がある。
増大する温度を移動させるためのシフターとして、Ｙは
結晶粒内を半導体化させるために、Ｍｎは温度上昇によ
る抵抗変化を大きくするために、Ｓｉは結晶粒径を均一
にするために用いられている。さて、ＰＴＣサーミスタ
薄膜を素子化する際、基板上にＰＴＣサーミスタ薄膜を
スパッタ法で形成し、その上に１対の櫛形電極を形成し
た従来の構成（図５）では、薄膜の膜厚を最大でも数μ
ｍにしかできない（数十μｍ厚にすると薄膜の内部応力
のため基板から剥離してしまう）ため、室温における抵
抗値がかなり高くなり、実用上問題がある。そのため、
ＰＴＣサーミスタ素子の構成としては、基板上に下部電
極を形成し、その上にＰＴＣサーミスタ薄膜を形成し、
その上に上部電極を形成した構成とする必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ＰＴＣサーミスタ薄膜
の電極材料には、チタン酸バリウム系ＰＴＣサーミスタ
薄膜とオーミック接触を取るために、ＡｌやＮｉなどの
金属材料しか用いることができない。しかし、ＰＴＣ特
性を示すチタン酸バリウム系薄膜を得るためにはスパッ
タ時の基板温度またはスパッタ後の熱処理温度を金属電
極がもたない８００℃以上の高温に１時間以上しなくて
はならず、下部電極である金属電極材料が基板やサーミ
スタ薄膜内に拡散したり酸化されてしまい、電極として
使用できなくなってしまうといった課題があった。
の電極材料には、チタン酸バリウム系ＰＴＣサーミスタ
薄膜とオーミック接触を取るために、ＡｌやＮｉなどの
金属材料しか用いることができない。しかし、ＰＴＣ特
性を示すチタン酸バリウム系薄膜を得るためにはスパッ
タ時の基板温度またはスパッタ後の熱処理温度を金属電
極がもたない８００℃以上の高温に１時間以上しなくて
はならず、下部電極である金属電極材料が基板やサーミ
スタ薄膜内に拡散したり酸化されてしまい、電極として
使用できなくなってしまうといった課題があった。
【０００８】また当然のことながら、下部電極に高温で
の耐久性に優れたＰｔなどの貴金属を用いた場合には、
ＰＴＣサーミスタ薄膜と下部電極の間にショットキーバ
リアが形成されオーミック接触が取れないため、見かね
上の抵抗値が大きくなってしまう。
の耐久性に優れたＰｔなどの貴金属を用いた場合には、
ＰＴＣサーミスタ薄膜と下部電極の間にショットキーバ
リアが形成されオーミック接触が取れないため、見かね
上の抵抗値が大きくなってしまう。
【０００９】本発明は、従来技術による上記問題点を解
決し、優れたＰＴＣサーミスタ特性を示すチタン酸バリ
ウムを主成分としたペロブスカイト型酸化物薄膜を用い
たＰＴＣサーミスタ薄膜素子を提供するものである。
決し、優れたＰＴＣサーミスタ特性を示すチタン酸バリ
ウムを主成分としたペロブスカイト型酸化物薄膜を用い
たＰＴＣサーミスタ薄膜素子を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のＰＴＣサーミスタ薄膜素子は、下部電極
と、ｎ型半導体基板と、ペロブスカイト型結晶構造のチ
タン酸バリウムを含有する薄膜層と、上部電極との積層
構造とした。
め、本発明のＰＴＣサーミスタ薄膜素子は、下部電極
と、ｎ型半導体基板と、ペロブスカイト型結晶構造のチ
タン酸バリウムを含有する薄膜層と、上部電極との積層
構造とした。
【００１１】また、本発明のＰＴＣサーミスタ薄膜素子
は、ｎ型半導体の基板表面の異なる領域に、ペロブスカ
イト型結晶構造のチタン酸バリウムを含有する薄膜層
と、下部電極とを配置し、前記薄膜層に上部電極を接合
した。
は、ｎ型半導体の基板表面の異なる領域に、ペロブスカ
イト型結晶構造のチタン酸バリウムを含有する薄膜層
と、下部電極とを配置し、前記薄膜層に上部電極を接合
した。
【００１２】また、本発明のＰＴＣサーミスタ薄膜素子
は、下地基板上に形成したｎ型半導体薄膜表面の異なる
領域に、ペロブスカイト型結晶構造のチタン酸バリウム
を含有する薄膜層と、下部電極とを配置し、前記薄膜層
に上部電極を接合した。
は、下地基板上に形成したｎ型半導体薄膜表面の異なる
領域に、ペロブスカイト型結晶構造のチタン酸バリウム
を含有する薄膜層と、下部電極とを配置し、前記薄膜層
に上部電極を接合した。
【００１３】さらに、以上の構成で、ｎ型半導体は、ペ
ロブスカイト型結晶構造のチタン酸バリウムを含有する
ものとした。
ロブスカイト型結晶構造のチタン酸バリウムを含有する
ものとした。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明のＰＴＣサーミスタ薄膜素
子は、ＰＴＣサーミスタ薄膜と下部電極の間に、ＰＴＣ
サーミスタ薄膜と同じペロブスカイト型結晶構造のチタ
ン酸バリウム系ｎ型半導体基板またはｎ型半導体薄膜を
用いる構成としている。すなわち、チタン酸バリウム系
半導体基板または半導体薄膜上にＰＴＣ特性を示すチタ
ン酸バリウム系ＰＴＣサーミスタ薄膜を形成し、その後
に下部電極を形成する。つまり、ＰＴＣ特性を示すチタ
ン酸バリウム系ＰＴＣサーミスタ薄膜を得るために薄膜
形成時の基板温度や形成後の熱処理温度を高温にして
も、金属電極のみを下部電極として用いた場合のような
問題は生じなくなる。
子は、ＰＴＣサーミスタ薄膜と下部電極の間に、ＰＴＣ
サーミスタ薄膜と同じペロブスカイト型結晶構造のチタ
ン酸バリウム系ｎ型半導体基板またはｎ型半導体薄膜を
用いる構成としている。すなわち、チタン酸バリウム系
半導体基板または半導体薄膜上にＰＴＣ特性を示すチタ
ン酸バリウム系ＰＴＣサーミスタ薄膜を形成し、その後
に下部電極を形成する。つまり、ＰＴＣ特性を示すチタ
ン酸バリウム系ＰＴＣサーミスタ薄膜を得るために薄膜
形成時の基板温度や形成後の熱処理温度を高温にして
も、金属電極のみを下部電極として用いた場合のような
問題は生じなくなる。
【００１５】さらにＰＴＣサーミスタ薄膜とｎ型半導体
基板またはｎ型半導体薄膜との間にはショットキーバリ
アは形成されないため、Ｐｔなどの貴金属を下部電極に
用いた時のように見かけ上の抵抗値が大きくなることは
ない。
基板またはｎ型半導体薄膜との間にはショットキーバリ
アは形成されないため、Ｐｔなどの貴金属を下部電極に
用いた時のように見かけ上の抵抗値が大きくなることは
ない。
【００１６】また、ｎ型半導体基板またはｎ型半導体薄
膜は電極の一部として用いるので、前記基板または薄膜
の加工精度や電気特性にバラツキがあったとしても、素
子全体としてのＰＴＣサーミスタ特性にはあまり影響を
及ぼさないため、実用上問題ない。
膜は電極の一部として用いるので、前記基板または薄膜
の加工精度や電気特性にバラツキがあったとしても、素
子全体としてのＰＴＣサーミスタ特性にはあまり影響を
及ぼさないため、実用上問題ない。
【００１７】以下、本発明のＰＴＣサーミスタ薄膜素子
について、図面を用いて詳細に説明する。
について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】（実施例１）図１は本発明の一実施例であ
るチタン酸バリウムを主成分としたＰＴＣサーミスタ薄
膜素子の構造の概略図である。図において、１１、１２
はそれぞれ上部電極および下部電極（いずれもアルミニ
ウム薄膜、膜厚０．２μｍ）、１３はチタン酸バリウム
を主成分としたＰＴＣサーミスタ薄膜（２．５μｍ
厚）、１４はチタン酸バリウムを主成分としたｎ型半導
体基板（イットリウム添加チタン酸バリウム焼結体、
０．３ｍｍ厚、比抵抗３Ω・ｃｍ）である。
るチタン酸バリウムを主成分としたＰＴＣサーミスタ薄
膜素子の構造の概略図である。図において、１１、１２
はそれぞれ上部電極および下部電極（いずれもアルミニ
ウム薄膜、膜厚０．２μｍ）、１３はチタン酸バリウム
を主成分としたＰＴＣサーミスタ薄膜（２．５μｍ
厚）、１４はチタン酸バリウムを主成分としたｎ型半導
体基板（イットリウム添加チタン酸バリウム焼結体、
０．３ｍｍ厚、比抵抗３Ω・ｃｍ）である。
【００１９】まず、チタン酸バリウム系ｎ型半導体基板
上にＰＴＣサーミスタ薄膜をｒｆマグネトロンスパッタ
法で２．５μｍ形成する。ターゲットにはチタン酸バリ
ウム焼結体を用いた。焼結体の組成は、Ba0.77Sr0.23Ti
1.02Y0.004Mn0.03Si0.007O3である。スパッタ条件は、
基板温度３００℃、スパッタ時のガス圧１Ｐａ、アルゴ
ンガス流量１０ＳＣＣＭ、酸素ガス流量１ＳＣＣＭ、ｒ
ｆパワー１５０Ｗ、基板回転数２５ｒｐｍ、スパッタ時
間１２０分である。そして、得られた薄膜を大気中１０
００℃で３時間熱処理した。
上にＰＴＣサーミスタ薄膜をｒｆマグネトロンスパッタ
法で２．５μｍ形成する。ターゲットにはチタン酸バリ
ウム焼結体を用いた。焼結体の組成は、Ba0.77Sr0.23Ti
1.02Y0.004Mn0.03Si0.007O3である。スパッタ条件は、
基板温度３００℃、スパッタ時のガス圧１Ｐａ、アルゴ
ンガス流量１０ＳＣＣＭ、酸素ガス流量１ＳＣＣＭ、ｒ
ｆパワー１５０Ｗ、基板回転数２５ｒｐｍ、スパッタ時
間１２０分である。そして、得られた薄膜を大気中１０
００℃で３時間熱処理した。
【００２０】次に、真空蒸着法により上部電極および下
部電極をそれぞれ０．２μｍ形成した。成膜時の基板温
度はいずれも１５０℃であった。
部電極をそれぞれ０．２μｍ形成した。成膜時の基板温
度はいずれも１５０℃であった。
【００２１】以上の工程に従い、図１に示した構成のＰ
ＴＣサーミスタ素子Ａを作製した。なお、上下の電極に
挟まれたＰＴＣサーミスタ薄膜の面積は１０ｍｍ2であ
った。
ＴＣサーミスタ素子Ａを作製した。なお、上下の電極に
挟まれたＰＴＣサーミスタ薄膜の面積は１０ｍｍ2であ
った。
【００２２】上記本発明のＰＴＣサーミスタ素子ＡのＰ
ＴＣ特性を図４に示した。なお、図４には、図５に示し
た構成の従来のＰＴＣサーミスタ素子ＤのＰＴＣ特性も
示した。
ＴＣ特性を図４に示した。なお、図４には、図５に示し
た構成の従来のＰＴＣサーミスタ素子ＤのＰＴＣ特性も
示した。
【００２３】従来のＰＴＣサーミスタ素子Ｄは、アルミ
ナ基板上に、実施例と同じ方法でＰＴＣサーミスタ薄膜
を形成し、１０００℃で３時間大気中で熱処理した後、
真空蒸着法でアルミニウム薄膜を基板温度１５０℃で形
成し、フォトリソグラフィにより櫛形電極（電極間隔８
０μｍ、手の組み合わせ数１０本、手の長さ５ｍｍ、素
子サイズは本発明と同じ１０ｍｍ2）とした。
ナ基板上に、実施例と同じ方法でＰＴＣサーミスタ薄膜
を形成し、１０００℃で３時間大気中で熱処理した後、
真空蒸着法でアルミニウム薄膜を基板温度１５０℃で形
成し、フォトリソグラフィにより櫛形電極（電極間隔８
０μｍ、手の組み合わせ数１０本、手の長さ５ｍｍ、素
子サイズは本発明と同じ１０ｍｍ2）とした。
【００２４】図４から明らかなように、本発明のＰＴＣ
サーミスタ素子Ａは、従来のＰＴＣサーミスタ素子Ｄと
同程度のジャンプ幅を有し、かつ室温での抵抗値が３桁
程度低いといった特性を有していることがわかる。この
低抵抗化は、従来の素子では電流のパスが基板と平行方
向に流れていたのに対し、本発明の素子では膜厚方向で
あることによるものと考えられる。
サーミスタ素子Ａは、従来のＰＴＣサーミスタ素子Ｄと
同程度のジャンプ幅を有し、かつ室温での抵抗値が３桁
程度低いといった特性を有していることがわかる。この
低抵抗化は、従来の素子では電流のパスが基板と平行方
向に流れていたのに対し、本発明の素子では膜厚方向で
あることによるものと考えられる。
【００２５】（実施例２）図２は、本発明の実施例であ
るチタン酸バリウムを主成分としたＰＴＣサーミスタ薄
膜素子Ｂの構造の概略図である。図２において、２１、
２２はそれぞれ上部電極および下部電極（いずれもアル
ミニウム薄膜、膜厚０．２μｍ）、２３はチタン酸バリ
ウムを主成分としたＰＴＣサーミスタ薄膜（２．５μｍ
厚）、２４はチタン酸バリウムを主成分としたｎ型半導
体基板（イットリウム添加チタン酸バリウム焼結体、
０．３ｍｍ厚、比抵抗３Ω・ｃｍ）である。
るチタン酸バリウムを主成分としたＰＴＣサーミスタ薄
膜素子Ｂの構造の概略図である。図２において、２１、
２２はそれぞれ上部電極および下部電極（いずれもアル
ミニウム薄膜、膜厚０．２μｍ）、２３はチタン酸バリ
ウムを主成分としたＰＴＣサーミスタ薄膜（２．５μｍ
厚）、２４はチタン酸バリウムを主成分としたｎ型半導
体基板（イットリウム添加チタン酸バリウム焼結体、
０．３ｍｍ厚、比抵抗３Ω・ｃｍ）である。
【００２６】まず、チタン酸バリウム系ｎ型半導体基板
上の一部の領域（５ｍｍ×１ｍｍの長方形で面積５ｍｍ
2）に金属マスクを用いてＰＴＣサーミスタ薄膜をｒｆ
マグネトロンスパッタ法で２．５μｍ形成する。ターゲ
ットにはチタン酸バリウム焼結体を用いた。焼結体の組
成は、Ba0.77Sr0.23Ti1.02Y0.004Mn0.03Si0.007O3であ
る。スパッタ条件は、基板温度３００℃、スパッタ時の
ガス圧１Ｐａ、アルゴンガス流量１０ＳＣＣＭ、酸素ガ
ス流量１ＳＣＣＭ、ｒｆパワー１５０Ｗ、基板回転数２
５ｒｐｍ、スパッタ時間１２０分である。そして、得ら
れた薄膜を大気中１０００℃で３時間熱処理した。
上の一部の領域（５ｍｍ×１ｍｍの長方形で面積５ｍｍ
2）に金属マスクを用いてＰＴＣサーミスタ薄膜をｒｆ
マグネトロンスパッタ法で２．５μｍ形成する。ターゲ
ットにはチタン酸バリウム焼結体を用いた。焼結体の組
成は、Ba0.77Sr0.23Ti1.02Y0.004Mn0.03Si0.007O3であ
る。スパッタ条件は、基板温度３００℃、スパッタ時の
ガス圧１Ｐａ、アルゴンガス流量１０ＳＣＣＭ、酸素ガ
ス流量１ＳＣＣＭ、ｒｆパワー１５０Ｗ、基板回転数２
５ｒｐｍ、スパッタ時間１２０分である。そして、得ら
れた薄膜を大気中１０００℃で３時間熱処理した。
【００２７】次に、真空蒸着法によりアルミナ薄膜を金
属マスクを用いて、ＰＴＣサーミスタ薄膜上に上部電極
として（５ｍｍ×１ｍｍの長方形で面積５ｍｍ2）、ま
たｎ型半導体基板上に下部電極（５ｍｍ×０．５ｍｍの
長方形）として、それぞれ０．２μｍ形成した。電極間
隔は０．５ｍｍで、成膜時の基板温度はいずれも１５０
℃であった。
属マスクを用いて、ＰＴＣサーミスタ薄膜上に上部電極
として（５ｍｍ×１ｍｍの長方形で面積５ｍｍ2）、ま
たｎ型半導体基板上に下部電極（５ｍｍ×０．５ｍｍの
長方形）として、それぞれ０．２μｍ形成した。電極間
隔は０．５ｍｍで、成膜時の基板温度はいずれも１５０
℃であった。
【００２８】上記本発明のＰＴＣサーミスタ素子ＢのＰ
ＴＣ特性を図４に示した。図４から明らかなように、本
発明のＰＴＣサーミスタ素子Ｂは、従来のＰＴＣサーミ
スタ素子と同程度のジャンプ幅を有し、かつ室温での抵
抗値が３桁程度低いといった特性を有していることがわ
かる。この低抵抗化は、従来の素子では電流のパスが基
板と平行方向に流れていたのに対し、本発明では膜厚方
向であることによるものと考えられる。
ＴＣ特性を図４に示した。図４から明らかなように、本
発明のＰＴＣサーミスタ素子Ｂは、従来のＰＴＣサーミ
スタ素子と同程度のジャンプ幅を有し、かつ室温での抵
抗値が３桁程度低いといった特性を有していることがわ
かる。この低抵抗化は、従来の素子では電流のパスが基
板と平行方向に流れていたのに対し、本発明では膜厚方
向であることによるものと考えられる。
【００２９】（実施例３）図３は、本発明の実施例であ
るチタン酸バリウムを主成分としたＰＴＣサーミスタ薄
膜素子Ｃの構造の概略図である。図３において、３１、
３２はそれぞれ上部電極および下部電極（いずれもアル
ミニウム薄膜、膜厚０．２μｍ）、３３はチタン酸バリ
ウムを主成分としたＰＴＣサーミスタ薄膜（２．５μｍ
厚）、３４はチタン酸バリウムを主成分としたｎ型半導
体薄膜、３５は下地基板（アルミナ）である。
るチタン酸バリウムを主成分としたＰＴＣサーミスタ薄
膜素子Ｃの構造の概略図である。図３において、３１、
３２はそれぞれ上部電極および下部電極（いずれもアル
ミニウム薄膜、膜厚０．２μｍ）、３３はチタン酸バリ
ウムを主成分としたＰＴＣサーミスタ薄膜（２．５μｍ
厚）、３４はチタン酸バリウムを主成分としたｎ型半導
体薄膜、３５は下地基板（アルミナ）である。
【００３０】まず下地基板上に、チタン酸バリウムを主
成分としたｎ型半導体薄膜３４をｒｆマグネトロンスパ
ッタ法で２．０μｍ形成する。ターゲットにはチタン酸
バリウム焼結体を用いた。焼結体の組成は、Ba0.85Sr
0.10Ti1.00Y0.008O3である。スパッタ条件は、基板温度
６００℃、スパッタ時のガス圧１Ｐａ、アルゴンガス流
量１０ＳＣＣＭ、酸素ガス流量０．５ＳＣＣＭ、ｒｆパ
ワー１４０Ｗ、基板回転数２５ｒｐｍ、スパッタ時間１
００分である。そして得られた薄膜を大気中１３００℃
で２時間熱処理した。さらに、上記スパッタと熱処理を
繰り返し４回行い、合計１０μｍ厚のチタン酸バリウム
を主成分としたｎ型半導体薄膜３４を形成した。４探針
法で比抵抗を測定したところ、０．８Ω・ｃｍであっ
た。
成分としたｎ型半導体薄膜３４をｒｆマグネトロンスパ
ッタ法で２．０μｍ形成する。ターゲットにはチタン酸
バリウム焼結体を用いた。焼結体の組成は、Ba0.85Sr
0.10Ti1.00Y0.008O3である。スパッタ条件は、基板温度
６００℃、スパッタ時のガス圧１Ｐａ、アルゴンガス流
量１０ＳＣＣＭ、酸素ガス流量０．５ＳＣＣＭ、ｒｆパ
ワー１４０Ｗ、基板回転数２５ｒｐｍ、スパッタ時間１
００分である。そして得られた薄膜を大気中１３００℃
で２時間熱処理した。さらに、上記スパッタと熱処理を
繰り返し４回行い、合計１０μｍ厚のチタン酸バリウム
を主成分としたｎ型半導体薄膜３４を形成した。４探針
法で比抵抗を測定したところ、０．８Ω・ｃｍであっ
た。
【００３１】次に、ＰＴＣサーミスタ薄膜をｒｆマグネ
トロンスパッタ法で金属マスクを用いて、５ｍｍ×１ｍ
ｍの長方形に２．５μｍ形成する。ターゲットにはチタ
ン酸バリウム焼結体を用いた。焼結体の組成は、Ba0.77
Sr0.23Ti1.02Y0.004Mn0.03Si 0.007O3である。スパッタ
条件は、基板温度３００℃、スパッタ時のガス圧１Ｐ
ａ、アルゴンガス流量１０ＳＣＣＭ、酸素ガス流量１Ｓ
ＣＣＭ、ｒｆパワー１５０Ｗ、基板回転数２５ｒｐｍ、
スパッタ時間１２０分である。そして、得られた薄膜を
大気中１０００℃で３時間熱処理した。
トロンスパッタ法で金属マスクを用いて、５ｍｍ×１ｍ
ｍの長方形に２．５μｍ形成する。ターゲットにはチタ
ン酸バリウム焼結体を用いた。焼結体の組成は、Ba0.77
Sr0.23Ti1.02Y0.004Mn0.03Si 0.007O3である。スパッタ
条件は、基板温度３００℃、スパッタ時のガス圧１Ｐ
ａ、アルゴンガス流量１０ＳＣＣＭ、酸素ガス流量１Ｓ
ＣＣＭ、ｒｆパワー１５０Ｗ、基板回転数２５ｒｐｍ、
スパッタ時間１２０分である。そして、得られた薄膜を
大気中１０００℃で３時間熱処理した。
【００３２】次に、真空蒸着法によりアルミナ薄膜を金
属マスクを用いて、ＰＴＣサーミスタ薄膜上に上部電極
として（５ｍｍ×１ｍｍの長方形で面積５ｍｍ2）、ま
たｎ型半導体基板上に下部電極（５ｍｍ×０．５ｍｍの
長方形）として、それぞれ０．２μｍ形成した。電極間
隔は０．１ｍｍで、成膜時の基板温度はいずれも１５０
℃であった。
属マスクを用いて、ＰＴＣサーミスタ薄膜上に上部電極
として（５ｍｍ×１ｍｍの長方形で面積５ｍｍ2）、ま
たｎ型半導体基板上に下部電極（５ｍｍ×０．５ｍｍの
長方形）として、それぞれ０．２μｍ形成した。電極間
隔は０．１ｍｍで、成膜時の基板温度はいずれも１５０
℃であった。
【００３３】上記本発明のＰＴＣサーミスタ素子CのＰ
ＴＣ特性を図４に示す。図４から明らかなように、本発
明のＰＴＣサーミスタ素子Cは、従来のＰＴＣサーミス
タ素子と同程度のジャンプ幅を有し、かつ室温での抵抗
値が２桁程度低いといった特性を有していることがわか
る。この低抵抗化は、従来の素子では電流のパスが基板
と平行方向に流れていたのに対し、本発明では膜厚方向
であることによるものと考えられる。
ＴＣ特性を図４に示す。図４から明らかなように、本発
明のＰＴＣサーミスタ素子Cは、従来のＰＴＣサーミス
タ素子と同程度のジャンプ幅を有し、かつ室温での抵抗
値が２桁程度低いといった特性を有していることがわか
る。この低抵抗化は、従来の素子では電流のパスが基板
と平行方向に流れていたのに対し、本発明では膜厚方向
であることによるものと考えられる。
【００３４】なお以上の実施例では、ｎ型半導体基板お
よび半導体薄膜がペロブスカイト型結晶構造のチタン酸
バリウムを主成分とする材料としたが、それ以外にｎ型
のＳｉ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化鉄、酸化スズを用
いた場合でも同様の効果が得られた。
よび半導体薄膜がペロブスカイト型結晶構造のチタン酸
バリウムを主成分とする材料としたが、それ以外にｎ型
のＳｉ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化鉄、酸化スズを用
いた場合でも同様の効果が得られた。
【００３５】また、本発明の実施例において、チタン酸
バリウムを主成分とするＰＴＣサーミスタ薄膜の添加物
として、ＰＴＣサーミスタの抵抗が急激に増大する温度
を移動させるためのシフターとしてＳｒを、結晶粒内の
半導体化にＹを、温度上昇による抵抗変化を大きくする
ためにＭｎを用いたが、Ｓｒ以外にＳｎ、Ｚｒ、Ｐｂ
を、Ｙ以外にＮｂ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｗ、Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｈｏを、Ｍｎ以外にＦ
ｅ、Ｃｕ、Ｃｒを用いた場合においても同様の効果が得
られた。
バリウムを主成分とするＰＴＣサーミスタ薄膜の添加物
として、ＰＴＣサーミスタの抵抗が急激に増大する温度
を移動させるためのシフターとしてＳｒを、結晶粒内の
半導体化にＹを、温度上昇による抵抗変化を大きくする
ためにＭｎを用いたが、Ｓｒ以外にＳｎ、Ｚｒ、Ｐｂ
を、Ｙ以外にＮｂ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｗ、Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｈｏを、Ｍｎ以外にＦ
ｅ、Ｃｕ、Ｃｒを用いた場合においても同様の効果が得
られた。
【００３６】また、本発明の実施例において、上部電極
および下部電極にアルミニウム薄膜を用いたが、アルミ
ニウム以外に、ニッケル、亜鉛、銅、銀、Ｉｎ−Ｇａ、
Ｉｎ−Ｈｇを用いた場合でも同様の効果が得られた。
および下部電極にアルミニウム薄膜を用いたが、アルミ
ニウム以外に、ニッケル、亜鉛、銅、銀、Ｉｎ−Ｇａ、
Ｉｎ−Ｈｇを用いた場合でも同様の効果が得られた。
【００３７】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
の構成では実現できなかった低抵抗でかつ優れたＰＴＣ
サーミスタ特性を示すＰＴＣサーミスタ薄膜素子を用い
たスイッチング素子が得られる。
の構成では実現できなかった低抵抗でかつ優れたＰＴＣ
サーミスタ特性を示すＰＴＣサーミスタ薄膜素子を用い
たスイッチング素子が得られる。
【図１】本発明の一実施例であるＰＴＣサーミスタ薄膜
素子の概略図
素子の概略図
【図２】本発明の他の実施例であるＰＴＣサーミスタ薄
膜素子の概略図
膜素子の概略図
【図３】本発明の他の実施例であるＰＴＣサーミスタ薄
膜素子の概略図
膜素子の概略図
【図４】本発明と、従来のＰＴＣサーミスタ薄膜素子の
ＰＴＣ特性図
ＰＴＣ特性図
【図５】従来のＰＴＣサーミスタ薄膜素子の概略図
１１ 上部電極 １２ 下部電極 １３ ＰＴＣサーミスタ薄膜 １４ ｎ型半導体基板 ２１ 上部電極 ２２ 下部電極 ２３ ＰＴＣサーミスタ薄膜 ２４ ｎ型半導体基板 ３１ 上部電極 ３２ 下部電極 ３３ ＰＴＣサーミスタ薄膜 ３４ ｎ型半導体基板 ３５ 下地基板 ５１ａ 櫛形電極 ５１ｂ 櫛形電極 ５２ ＰＴＣサーミスタ薄膜 ５３ 下地基板
Claims (4)
- 【請求項１】 下部電極と、ｎ型半導体基板と、ペロブ
スカイト型結晶構造のチタン酸バリウムを含有する薄膜
層と、上部電極との積層構造であることを特徴とするＰ
ＴＣサーミスタ薄膜素子。 - 【請求項２】 ｎ型半導体の基板表面の異なる領域に、
ペロブスカイト型結晶構造のチタン酸バリウムを含有す
る薄膜層と、下部電極とを配置し、前記薄膜層に上部電
極を接合したことを特徴とするＰＴＣサーミスタ薄膜素
子。 - 【請求項３】 下地基板上に形成したｎ型半導体薄膜表
面の異なる領域に、ペロブスカイト型結晶構造のチタン
酸バリウムを含有する薄膜層と、下部電極とを配置し、
前記薄膜層に上部電極を接合したことを特徴とするＰＴ
Ｃサーミスタ薄膜素子。 - 【請求項４】 ｎ型半導体は、ペロブスカイト型結晶構
造のチタン酸バリウムを含有することを特徴とする請求
項１、２または３記載のＰＴＣサーミスタ薄膜素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10032456A JPH11233305A (ja) | 1998-02-16 | 1998-02-16 | Ｐｔｃサーミスタ薄膜素子 |
| US09/250,731 US6462643B1 (en) | 1998-02-16 | 1999-02-16 | PTC thermistor element and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10032456A JPH11233305A (ja) | 1998-02-16 | 1998-02-16 | Ｐｔｃサーミスタ薄膜素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11233305A true JPH11233305A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=12359486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10032456A Withdrawn JPH11233305A (ja) | 1998-02-16 | 1998-02-16 | Ｐｔｃサーミスタ薄膜素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11233305A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002090228A (ja) * | 2000-09-19 | 2002-03-27 | Japan Atom Energy Res Inst | 温度勾配の変化を検出するセンサー及び測定装置 |
| JP2005243827A (ja) * | 2004-02-25 | 2005-09-08 | Murata Mfg Co Ltd | Ｐｔｃ素子の選別方法 |
| JP2005265548A (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-29 | Tdk Corp | ガスセンサ |
| US6984543B2 (en) | 2002-08-13 | 2006-01-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of producing laminated PTC thermistor |
| US7161200B2 (en) | 2004-09-03 | 2007-01-09 | Fujitsu Limited | Capacitive element and method of manufacturing the same |
-
1998
- 1998-02-16 JP JP10032456A patent/JPH11233305A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002090228A (ja) * | 2000-09-19 | 2002-03-27 | Japan Atom Energy Res Inst | 温度勾配の変化を検出するセンサー及び測定装置 |
| US6984543B2 (en) | 2002-08-13 | 2006-01-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of producing laminated PTC thermistor |
| JP2005243827A (ja) * | 2004-02-25 | 2005-09-08 | Murata Mfg Co Ltd | Ｐｔｃ素子の選別方法 |
| JP2005265548A (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-29 | Tdk Corp | ガスセンサ |
| US7161200B2 (en) | 2004-09-03 | 2007-01-09 | Fujitsu Limited | Capacitive element and method of manufacturing the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041125 |
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| RD01 | Notification of change of attorney |
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|
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|
| A761 | Written withdrawal of application |
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