バリスタやPTCR特性セラミックス薄膜の成膜技術の確立と特性発現メカニズムの解明

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10355025
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 水谷 惟泰 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (60016558)
• 研究分担者: 脇谷 尚樹 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (40251623) ; 篠崎 和夫 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (00196388) ; 舟窪 浩 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (90219080)
• キーワード: SrTiO_3 / BaTiO_3 / PTC / バリスタ特性 / Nb,Biドープ

研究概要

MOCVD法でNbドープSrTiO_3薄膜をLaAlO_3基板とMgO基板上に成膜させ、半導体化組成範囲は1.6-3.5mol%(Nb)で、最小抵抗値はそれぞれの基板で0.6と0.1Ω・cmであった。一方、Nbと同時にBiをもドープしたらSrTiO_3薄膜を合成した。BiはSrサイトに置換固溶する。LaAlO基板ではI-V特性直線であったが、MgO基板ではI-V特性に非直線が見出された。この原因は方位異なるドメイン間の二重ショットキーバリアーによるものと考えられた。
化学的溶液析出法(CSD)によってLaおよびNbドープBaTiO_3薄膜を合成し、その電流-電圧(I-V)特性を調べた。市販のBa-Ti前駆体溶液にLaとNbをそれぞれ0.3と4mol%加え、スピンコート法によって基板に成膜した。基板はPt/IrO_2/SiO_2/SiとLaNiO_3/SiO_2/Siを用いた。各コートした膜は400℃で予備加熱後、750℃で焼成した。最後に750-850℃で焼成した。両方の基板上でBaTiO_3の膜は得られた。共に多結晶体であったが、LaNiO_3基板の方が結晶性がPt基板より高かった。LaドープしたBaTiO_3膜を850℃で5.5時間焼成した場合にI-V特性に非直線性が見出され、これは粒界によるバリスター効果である。一方、この膜の抵抗の温度変化を調べたところ、125℃付近に極小値をもち、高温側で抵抗が増加するPTC効果を示した。この膜の膜厚は500mmで、AFMで調べた表面の粒のサイズは150mmであった。

研究成果

• [文献書誌] Sung-Yong Chun,Kazuo Shinozaki,Nobuyasu Mizutani: "Electrically active grain boundaries in ZnO varistors by liquid-infiltration method"J.of Materials Science : Materials in Electronics. II. 73-80 (2000)
• [文献書誌] Hiroshi Funakubo,Nobuyasu Mizutani,Maki Yonetsu,Atsushi Saiki and Kazuo Shinozaki: "Orientation Control of ZnO Thin Film Prepared by CVD"J.of Electroceramics. 4:S1. 25-32 (1999)
• [文献書誌] Sung-Yong Chun,Kazuo Shinozaki and Nobuyasu Mizutani: "Formation of Varistor Characteristics by the Grain-Boundary Penetration of ZnO-PrO2 Liquid into ZnO Ceramics"J.A.Ceram.Soc.,. 82[11]. 3065-68 (1999)