ICTS法によるZnOバリスタの課電劣化要因の評価

摘要

非オーム性抵抗素子であるZnOバリスタは，その電圧－電流特性の急峻な非直線性と優れたサージ吸収能力から避雷器や電子機器の保護素子として用いられている．しかし，使用上各種の電気的ストレスを受け，特性が劣化する．この問題を解決し，信頼性の高い素子を開発するためには，ZnOバリスタの電界による劣化現象すなわち課電劣化のメカニズムを解明する必要がある．ZnOバリスタは微量の添加物をZnO粉末に加えて焼結したセラミクスである．バリスタ特性の発現機構として現在最も有力とされている説は，ZnO結晶粒界面に形成される対称型二重ショトキー障壁モデルを前提としている．このモデルでは，粒界に存在するアクセプター型の界面準位に電子が捕獲され，その負電荷は粒界近傍で正にイオン化したドナー準位および粒内準位によって補償されている．その結果，粒界のエネルギーバンド構造は，対称的な二重ショトキー障壁を形成し（Fig.1左上）．この空乏層による障壁が高抵抗層を形成することになる．従って，この電気的障壁を形成する原因となるトラップ準位（界面準位，粒内準位）を検出し，粒界付近におけるエネルギーバンド構造を知ることは，特性の解明および評価にとって重要である．本研究は，ZnOバリスタの課電劣化のメカニズムの解明を目的とし，劣化現象と粒界障壁の変化の関係について議論するという観点から，トラップ準位と劣化現象との関係を明確にしようとするものである．