[發(fā)明專利]一種氧化錫基薄膜壓敏電阻器的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710512052.0
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107293384B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭志堅;王琪;王楊;符秀麗
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）
• 主分類號: H01C17/00
• 分類號: H01C17/00;H01C17/12;H01C7/108;C23C14/35;C23C14/08;C23C14/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種氧化錫基薄膜壓敏電阻器的制備方法，屬于電子信息材料制備及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明技術(shù)首先在射頻磁控濺射設(shè)備中，以燒結(jié)氧化錫陶瓷為基質(zhì)靶材，其他金屬或其氧化物為摻雜靶材，在優(yōu)化的濺射工藝下，在導(dǎo)電襯底上沉積得到氧化錫基薄膜；然后在馬弗爐中，將這種氧化錫基薄膜樣品埋在壓敏特性形成氧化物粉末中進(jìn)行熱浸；最后，在所得樣品的薄膜表面和襯底上分別被電極，即獲得所述氧化錫基薄膜壓敏電阻器。所制備的這種氧化錫基薄膜壓敏電阻非線性性能優(yōu)異，壓敏電壓可控，在大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路的過壓保護(hù)中有廣泛的應(yīng)用前景。所提出器件制備方法，操作簡單易行，非常適合規(guī)模化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧化錫基薄膜壓敏電阻器的制備方法，屬于電子信息材料制備及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓敏電阻器(Varistor)是用于抑制輸電線路浪涌電能、瞬時高壓的一種半導(dǎo)體電子器件。在一定溫度和電壓范圍內(nèi)，通過它的電流隨施加電壓的增加而急劇增大，廣泛用作各種抑制浪涌的閥元件以及過壓保護(hù)的電子元器件。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，除已經(jīng)廣泛商業(yè)化的氧化鋅基壓敏電阻外，其他各種材質(zhì)的陶瓷基壓敏電阻紛紛出現(xiàn)，如TiO₂、SrTiO₃、WO₃和SnO₂基壓敏電阻等。其中，SnO₂基壓敏電阻微觀結(jié)構(gòu)簡單、有效晶界率高、熱傳導(dǎo)性能較高，而且微量摻雜即能產(chǎn)生較好的非線性特性；自從1995年P(guān)ianaro等人首先報道SnO₂基壓敏電阻(S.A.Pianaro et al.Journal of Materials Science Letters,1995,14:692-694)以來，SnO₂基壓敏電阻器即成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注。

隨著微電子技術(shù)和移動通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，壓敏電阻器除了和其他電子元器件一樣必須滿足小型化和集成化的要求外，微電子技術(shù)還要求壓敏電阻器應(yīng)具有更優(yōu)異的性能和多樣化的功能，比如低擊穿場強(qiáng)和高介電常數(shù)；其中氧化錫基壓敏電阻器具有獨(dú)特的優(yōu)勢。但是，由于傳統(tǒng)的壓敏電阻都是高溫?zé)Y(jié)得到的陶瓷材料，難于實現(xiàn)器件小型化，因此為日臻完善的薄膜技術(shù)提供了機(jī)會。目前，制備薄膜的方法很多種，比如磁控濺射法、分子束沉積法、溶膠-凝膠法、化學(xué)氣相沉積法和分子束外延法等。其中，磁控濺射法被認(rèn)為是最有可能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的薄膜生長技術(shù)之一，因為這種方法制備的薄膜與襯底之間的附著性好，濺射效率高、濺射速率快，并且膜厚可控，適合規(guī)模化生產(chǎn)，而且適用于制備各種金屬氧化物薄膜。然而，到目前為止，用磁控濺射法直接沉積制備氧化錫基薄膜壓敏電阻的工作未見報道，因為其有效晶界在這種低溫沉積過程中難于形成。

另一方面，壓敏電阻的組成和結(jié)構(gòu)決定了其非線性特性。就SnO₂基陶瓷壓敏電阻而言，材料中除主要成分SnO₂外，在燒結(jié)過程中還需要加入少量的其他金屬氧化物，如MnO，CuO、NiO、Sb₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅等，以賦予氧化錫基陶瓷非線性電流-電壓特性、提高其非線性、降低或者提高壓敏電阻的壓敏電壓、降低漏電流值或者降低燒結(jié)溫度等；其中Sb₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅是公認(rèn)的壓敏特性形成氧化物(varistor forming oxide,VFO)。在燒結(jié)氧化錫陶瓷中，這些VFO聚集在氧化錫晶粒晶界處，形成極薄的一層高電阻值晶界層，從而構(gòu)成典型的壓敏電阻結(jié)構(gòu)，賦予SnO₂基陶瓷壓敏特性。但是，要用磁控濺射法同時實現(xiàn)氧化錫薄膜和VFO晶界層的沉積難度極大。