JPS6253923B2 - - Google Patents
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- JPS6253923B2 JPS6253923B2 JP56186275A JP18627581A JPS6253923B2 JP S6253923 B2 JPS6253923 B2 JP S6253923B2 JP 56186275 A JP56186275 A JP 56186275A JP 18627581 A JP18627581 A JP 18627581A JP S6253923 B2 JPS6253923 B2 JP S6253923B2
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- Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超小型で機器の小型化や軽量化に適
したバリスタの製造方法に関するものである。
したバリスタの製造方法に関するものである。
印加する電圧を上げていくにしたがつて、急激
に抵抗の減少する素子は、一般にバリスタと呼ば
れている。従来、バリスタとして、ZnOと微量の
Bi2O3などの金属酸化物から成るZnOバリスタが
知られている。ZnOバリスタは、ZnO粉末に0.1
〜数モル％のBi2O3，Co2O3，MnO2，Sb2O3など
を添加した粉体を成型し、1250℃前後の空気中で
焼結することによつて得られる。このようにして
得られたZnOバリスタは、厚みを変えることによ
つて立上り電圧を制御することができる。また電
圧（Ｖ）―電流（Ｉ）特性を、 Ｉ＝（Ｖ／Ｃ）〓 Ｃ：定数 として近似した場合のα（電圧非直線指数）が30
〜60程度のものが得られ、非オーム性もきわめて
優れている。しかしながらこの方法では、小型で
特性の良いものが得にくいという難点がある。
ZnOバリスタの非オーム性は、ZnO粒子の粒界の
障壁に起因しており、したがつて立上り電圧は、
電極間に直列に接続された粒界の数、換言すれ
ば、素子の厚みに比例する。したがつて、希望と
する立上り電圧を有したバリスタを得ようとする
と、自動的に素子の厚みがきまつてしまう。通常
得られる素子の立上り電圧は１mmあたり100〜
200Vであり、したがつて多くの民生用の用途に
対しては、厚み１mm前後の焼結体が必要とされ
る。
に抵抗の減少する素子は、一般にバリスタと呼ば
れている。従来、バリスタとして、ZnOと微量の
Bi2O3などの金属酸化物から成るZnOバリスタが
知られている。ZnOバリスタは、ZnO粉末に0.1
〜数モル％のBi2O3，Co2O3，MnO2，Sb2O3など
を添加した粉体を成型し、1250℃前後の空気中で
焼結することによつて得られる。このようにして
得られたZnOバリスタは、厚みを変えることによ
つて立上り電圧を制御することができる。また電
圧（Ｖ）―電流（Ｉ）特性を、 Ｉ＝（Ｖ／Ｃ）〓 Ｃ：定数 として近似した場合のα（電圧非直線指数）が30
〜60程度のものが得られ、非オーム性もきわめて
優れている。しかしながらこの方法では、小型で
特性の良いものが得にくいという難点がある。
ZnOバリスタの非オーム性は、ZnO粒子の粒界の
障壁に起因しており、したがつて立上り電圧は、
電極間に直列に接続された粒界の数、換言すれ
ば、素子の厚みに比例する。したがつて、希望と
する立上り電圧を有したバリスタを得ようとする
と、自動的に素子の厚みがきまつてしまう。通常
得られる素子の立上り電圧は１mmあたり100〜
200Vであり、したがつて多くの民生用の用途に
対しては、厚み１mm前後の焼結体が必要とされ
る。
一方、近年、電子部品の小型，高密度化が進
み、その技術を利用して、各種軽量小型の民生用
電子機器が開発されている。それらには多くの半
導体IC，LSIが使用され、これらの異常過電圧
（サージ）からの保護が重要な課題となつてい
る。これらの用途に対し、先ほどのZnOバリスタ
は立上り電圧と形状の大きさのために不適当であ
る。そこで、これらの超小型回路にふさわしい、
超小型のサージ保護素子が必要とされている。
み、その技術を利用して、各種軽量小型の民生用
電子機器が開発されている。それらには多くの半
導体IC，LSIが使用され、これらの異常過電圧
（サージ）からの保護が重要な課題となつてい
る。これらの用途に対し、先ほどのZnOバリスタ
は立上り電圧と形状の大きさのために不適当であ
る。そこで、これらの超小型回路にふさわしい、
超小型のサージ保護素子が必要とされている。
このような要求に応えるために本発明者らは、
特開昭55−150204号公報に示すような電圧非直線
抵抗器を開発し、特許出願した。
特開昭55−150204号公報に示すような電圧非直線
抵抗器を開発し、特許出願した。
この公報に示す電圧非直線抵抗器は、ZnOもし
くはそれを主成分とする層、Bi2O3もしくはそれ
を主成分とする層、ZnOもしくはそれを主成分と
する層をそれぞれスパツタリングにより積層形成
し、そしてZnOもしくはそれを主成分とする層に
電極を形成したものである。
くはそれを主成分とする層、Bi2O3もしくはそれ
を主成分とする層、ZnOもしくはそれを主成分と
する層をそれぞれスパツタリングにより積層形成
し、そしてZnOもしくはそれを主成分とする層に
電極を形成したものである。
ところが、この電圧非直線抵抗器において、ス
パツタリングにより形成したBi2O3もしくはそれ
を主成分とする層は、バリスタとしての特性が得
られるものの、電圧―電流特性が熱的に不安定で
あつた。
パツタリングにより形成したBi2O3もしくはそれ
を主成分とする層は、バリスタとしての特性が得
られるものの、電圧―電流特性が熱的に不安定で
あつた。
そこで、本発明者らは、このようなバリスタの
特性を改善するため、金属酸化物材料の検討，酸
化亜鉛を主成分とする膜の材料の検討を行つた
が、十分な解決を実現することができなかつた。
特性を改善するため、金属酸化物材料の検討，酸
化亜鉛を主成分とする膜の材料の検討を行つた
が、十分な解決を実現することができなかつた。
本発明はかかる状況に基づきなされたもので、
上記超小型回路への応用に適し、かつ特性が熱的
に安定で量産性に優れた超小型バリスタの製造方
法を提供するものであり、以下に実施例と共に、
その詳細を述べる。
上記超小型回路への応用に適し、かつ特性が熱的
に安定で量産性に優れた超小型バリスタの製造方
法を提供するものであり、以下に実施例と共に、
その詳細を述べる。
本発明者らは、スパツタリングにより形成した
金属酸化物の層の状態と特性との関係に着眼し、
検討を行つた結果、スパツタリングにより形成さ
れた金属酸化物の層がアモルフアス状態であり、
これにより特性が熱的に不安定であることを見出
した。
金属酸化物の層の状態と特性との関係に着眼し、
検討を行つた結果、スパツタリングにより形成さ
れた金属酸化物の層がアモルフアス状態であり、
これにより特性が熱的に不安定であることを見出
した。
第１図〜第３図は本発明の方法を用いて得られ
るバリスタの断面図を示したものであり、以下、
まず第１図に基づいて本発明の一実施例を説明す
る。
るバリスタの断面図を示したものであり、以下、
まず第１図に基づいて本発明の一実施例を説明す
る。
アルミナ基板１に対して真空槽内で原料を加熱
蒸発させる、いわゆる真空蒸着法で金（Au）を
厚み2000Åに蒸着して電極２ａを形成した。次
に、これを１×10-7Torrの高真空にできる排気
部を有した気密槽内の金属電極上に装着し、これ
に対向して酸化亜鉛（ZnO）から成る焼結体と、
酸化ビスマス（Bi2O3）から成る金属酸化物焼結体
をそれぞれの電極（ターゲツト）に装着した。こ
の気密槽内にアルゴンガスを微量の雰囲気ガスと
して満たし、気密槽内を２×10-2Torrの圧力に
設定した後、両電極間に高周波スパツタ電力
100Wを印加して放電させた。この方法は、放電
によつて分離したガスの分子の衝突によりターゲ
ツトの原材料物質がスパツタリング蒸発し、基板
上に膜として形成できるもので、いわゆる高周波
スパツタリング法である。この方法を用いてZnO
膜３を厚み5000Å、さらにこの上にBi2O3膜４を
厚み500Å付着させて積層した。その後、気密槽
内から取り出して空気中800℃の温度で熱処理を
行ない、更にBi2O3膜４の上に真空蒸着法で厚み
2000ÅのAuを施し電極２ｂとした。この電極２
ａと電極２ｂの間で電圧（Ｖ）―電流（Ｉ）特性
を調べてみると、Ｖ―Ｉ特性に整流性が見られ、
逆方向特性は立上り電圧約6V，αが50程度のも
のが得られ、順方向特性は立上り電圧が1V以下
で、αが30程度のものが得られた。すなわち上記
の方法で製作した第１図のバリスタは、Ｖ―Ｉ特
性に方向性を持つ、いわゆる非対称型バリスタで
ある。
蒸発させる、いわゆる真空蒸着法で金（Au）を
厚み2000Åに蒸着して電極２ａを形成した。次
に、これを１×10-7Torrの高真空にできる排気
部を有した気密槽内の金属電極上に装着し、これ
に対向して酸化亜鉛（ZnO）から成る焼結体と、
酸化ビスマス（Bi2O3）から成る金属酸化物焼結体
をそれぞれの電極（ターゲツト）に装着した。こ
の気密槽内にアルゴンガスを微量の雰囲気ガスと
して満たし、気密槽内を２×10-2Torrの圧力に
設定した後、両電極間に高周波スパツタ電力
100Wを印加して放電させた。この方法は、放電
によつて分離したガスの分子の衝突によりターゲ
ツトの原材料物質がスパツタリング蒸発し、基板
上に膜として形成できるもので、いわゆる高周波
スパツタリング法である。この方法を用いてZnO
膜３を厚み5000Å、さらにこの上にBi2O3膜４を
厚み500Å付着させて積層した。その後、気密槽
内から取り出して空気中800℃の温度で熱処理を
行ない、更にBi2O3膜４の上に真空蒸着法で厚み
2000ÅのAuを施し電極２ｂとした。この電極２
ａと電極２ｂの間で電圧（Ｖ）―電流（Ｉ）特性
を調べてみると、Ｖ―Ｉ特性に整流性が見られ、
逆方向特性は立上り電圧約6V，αが50程度のも
のが得られ、順方向特性は立上り電圧が1V以下
で、αが30程度のものが得られた。すなわち上記
の方法で製作した第１図のバリスタは、Ｖ―Ｉ特
性に方向性を持つ、いわゆる非対称型バリスタで
ある。
第２図は本発明の第２の実施例で得られたバリ
スタの断面図を示したものであり、Bi2O3膜４を
ZnO膜３ではさんだ構成になつていて、Ｖ―Ｉ特
性に方向性を持たない、いわゆる対称型バリスタ
が得られた。この場合の立上り電圧は約6V，α
は約50であつた。第３図は本発明の第３の実施例
で得られたバリスタの断面図を示したもので、対
称型バリスタであるが積層数を増した構造となつ
ており、立上り電圧の高い対称型バリスタが得ら
れた。この場合の立上り電圧は約18V，αは約50
であつた。本発明で得られる素子の非オーム性
は、ZnO膜とBi2O3膜のヘテロ接合に起因してお
り、したがつて立上り電圧は、ZnO膜とBi2O3膜
を交互に積層し、この積層数を任意に選ぶことに
よつて制御できるものである。
スタの断面図を示したものであり、Bi2O3膜４を
ZnO膜３ではさんだ構成になつていて、Ｖ―Ｉ特
性に方向性を持たない、いわゆる対称型バリスタ
が得られた。この場合の立上り電圧は約6V，α
は約50であつた。第３図は本発明の第３の実施例
で得られたバリスタの断面図を示したもので、対
称型バリスタであるが積層数を増した構造となつ
ており、立上り電圧の高い対称型バリスタが得ら
れた。この場合の立上り電圧は約18V，αは約50
であつた。本発明で得られる素子の非オーム性
は、ZnO膜とBi2O3膜のヘテロ接合に起因してお
り、したがつて立上り電圧は、ZnO膜とBi2O3膜
を交互に積層し、この積層数を任意に選ぶことに
よつて制御できるものである。
なお、上記いずれの実施例においても、ZnO膜
３，Bi2O3膜４の製作方法は同一である。また、
膜形成後の熱処理条件についても同様で、積層数
にかかわらず空気中800℃の温度で熱処理するこ
とによつて、スパツタリングにより形成されたア
モルフアス状態のBi2O3を主成分とする金属酸化
物膜が結晶化し、ZnO膜との境界で形成されたヘ
テロ接合の安定化が起り、安定性に優れた非オー
ム性を得ることができた。スパツタリングにより
形成したアモルフアス状態のBi2O3を主成分とす
る膜を結晶化する温度以下（上記各実施例の場合
には結晶化温度は500℃であつた）で熱処理した
ものはＶ―Ｉ特性が不安定であり、バリスタとし
て実用には耐えられないものであつた。すなわ
ち、膜形成時にはアモルフアス状態のため金属酸
化物膜そのものもまた、そのヘテロ接合部も不完
全，不安定であつたものが、結晶化温度以上で熱
処理することにより、安定な膜，安定なヘテロ接
合となるため、安定性に優れた非オーム性が得ら
れるものである。
３，Bi2O3膜４の製作方法は同一である。また、
膜形成後の熱処理条件についても同様で、積層数
にかかわらず空気中800℃の温度で熱処理するこ
とによつて、スパツタリングにより形成されたア
モルフアス状態のBi2O3を主成分とする金属酸化
物膜が結晶化し、ZnO膜との境界で形成されたヘ
テロ接合の安定化が起り、安定性に優れた非オー
ム性を得ることができた。スパツタリングにより
形成したアモルフアス状態のBi2O3を主成分とす
る膜を結晶化する温度以下（上記各実施例の場合
には結晶化温度は500℃であつた）で熱処理した
ものはＶ―Ｉ特性が不安定であり、バリスタとし
て実用には耐えられないものであつた。すなわ
ち、膜形成時にはアモルフアス状態のため金属酸
化物膜そのものもまた、そのヘテロ接合部も不完
全，不安定であつたものが、結晶化温度以上で熱
処理することにより、安定な膜，安定なヘテロ接
合となるため、安定性に優れた非オーム性が得ら
れるものである。
以上に述べた実施例では、ZnO膜とBi2O3から
成る膜を交互に少なくとも一層以上積層する組合
せについて述べたが、金属酸化物として、焼結型
ZnOバリスタの粒界層形成添加物として知られて
いるビスマス（Bi）以外の元素、例えば、プラセ
オジウム（Pr），ランタン（La）などの希土類
や、バリウム（Ba），ストロンチウム（Sr）など
のアルカリ土類および鉛（Pb）などのZnOより
も比抵抗の大きい金属酸化物から成る膜を用いた
場合にも、結晶化が起こる温度以上において空気
中で熱処理することにより、ZnO膜との間で良好
な非オームが得られ、優れたバリスタを製造する
ことができる。なお、ZnOよりも比低抗の小さい
金属酸化物から成る膜の場合は非オーム性が得ら
れない。また、上記実施例では金属酸化物として
Bi2O3単体を用いたが、これに焼結型ZnOバリス
タに有効な添加物として知られているSb2O3，
SiO2，Cr2O3，Co2O3，MnO2，B2O3，NiOなどを
加えることによつてバリスタ特性をさらに改善す
ることが可能である。同様に、ZnO膜にAl2O3，
Ga2O3などの添加物を加えることによつて、バリ
スタ特性を改善することが可能である。
成る膜を交互に少なくとも一層以上積層する組合
せについて述べたが、金属酸化物として、焼結型
ZnOバリスタの粒界層形成添加物として知られて
いるビスマス（Bi）以外の元素、例えば、プラセ
オジウム（Pr），ランタン（La）などの希土類
や、バリウム（Ba），ストロンチウム（Sr）など
のアルカリ土類および鉛（Pb）などのZnOより
も比抵抗の大きい金属酸化物から成る膜を用いた
場合にも、結晶化が起こる温度以上において空気
中で熱処理することにより、ZnO膜との間で良好
な非オームが得られ、優れたバリスタを製造する
ことができる。なお、ZnOよりも比低抗の小さい
金属酸化物から成る膜の場合は非オーム性が得ら
れない。また、上記実施例では金属酸化物として
Bi2O3単体を用いたが、これに焼結型ZnOバリス
タに有効な添加物として知られているSb2O3，
SiO2，Cr2O3，Co2O3，MnO2，B2O3，NiOなどを
加えることによつてバリスタ特性をさらに改善す
ることが可能である。同様に、ZnO膜にAl2O3，
Ga2O3などの添加物を加えることによつて、バリ
スタ特性を改善することが可能である。
基板材料としてアルミナ基板以外に温度に対し
て安定なる材料としてジルコニアなどのセラミツ
ク基板、サフアイヤなどの単結晶基板、石英など
のガラス基板、白金，金，ステンレスなどの金属
基板を用いて、上記各実施例と同様な方法でバリ
スタを製作しても優れたバリスタ特性を得ること
ができる。
て安定なる材料としてジルコニアなどのセラミツ
ク基板、サフアイヤなどの単結晶基板、石英など
のガラス基板、白金，金，ステンレスなどの金属
基板を用いて、上記各実施例と同様な方法でバリ
スタを製作しても優れたバリスタ特性を得ること
ができる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、超小型で機器の小型化や軽量化に適し、かつ
特性が熱的に安定なバリスタを量産性良く製造す
ることが可能となる。
ば、超小型で機器の小型化や軽量化に適し、かつ
特性が熱的に安定なバリスタを量産性良く製造す
ることが可能となる。
第１図，第２図，第３図は本発明により得られ
るバリスタの各例を示す断面図である。 １…アルミナ基板、２ａ，２ｂ…電極、３…
ZnO膜、４…Bi2O3膜。
るバリスタの各例を示す断面図である。 １…アルミナ基板、２ａ，２ｂ…電極、３…
ZnO膜、４…Bi2O3膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 温度に対して安定な材料から成る基板上に電
極を設け、この電極上に高周波スパツタリング法
によつて酸化亜鉛（ZnO）を主成分とする膜と
ZnOよりも比抵抗の大きい金属酸化物を主成分と
する膜を交互に少なくとも一層以上積層し、その
後、前記金属酸化物を主成分とする膜の結晶化が
起こる温度以上で熱処理することを特徴とするバ
リスタの製造方法。 ２ 金属酸化物を主成分とする膜として酸化ビス
マス（Bi2O3）を主成分とする膜を用いることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のバリスタの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56186275A JPS5886702A (ja) | 1981-11-19 | 1981-11-19 | バリスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56186275A JPS5886702A (ja) | 1981-11-19 | 1981-11-19 | バリスタの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5886702A JPS5886702A (ja) | 1983-05-24 |
| JPS6253923B2 true JPS6253923B2 (ja) | 1987-11-12 |
Family
ID=16185440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56186275A Granted JPS5886702A (ja) | 1981-11-19 | 1981-11-19 | バリスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5886702A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015195369A (ja) * | 2014-03-19 | 2015-11-05 | 日本碍子株式会社 | 電圧非直線抵抗素子及びその製法 |
| JP2015195370A (ja) * | 2014-03-19 | 2015-11-05 | 日本碍子株式会社 | 電圧非直線抵抗素子及びその製法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60257104A (ja) * | 1984-06-01 | 1985-12-18 | 松下電器産業株式会社 | 薄膜サ−ジアブソ−バ |
| JPS63202003A (ja) * | 1987-02-17 | 1988-08-22 | 三菱マテリアル株式会社 | 薄膜バリスタの製造方法 |
| JPH02214101A (ja) * | 1989-02-14 | 1990-08-27 | Tdk Corp | 電圧非直線性抵抗素子 |
| JP5278101B2 (ja) * | 2009-03-27 | 2013-09-04 | Ｔｄｋ株式会社 | 電圧非直線性抵抗素子及びその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55150204A (en) * | 1979-05-10 | 1980-11-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nonnlinear voltage resistor and method of fabricating same |
-
1981
- 1981-11-19 JP JP56186275A patent/JPS5886702A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55150204A (en) * | 1979-05-10 | 1980-11-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nonnlinear voltage resistor and method of fabricating same |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015195369A (ja) * | 2014-03-19 | 2015-11-05 | 日本碍子株式会社 | 電圧非直線抵抗素子及びその製法 |
| JP2015195370A (ja) * | 2014-03-19 | 2015-11-05 | 日本碍子株式会社 | 電圧非直線抵抗素子及びその製法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5886702A (ja) | 1983-05-24 |
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