CZ20012863A3

CZ20012863A3 - Substráty kondenzátorů zhotovené z těľko tavitelných nitridů kovu

Info

Publication number: CZ20012863A3
Application number: CZ20012863A
Authority: CZ
Inventors: Terrence B. Tripp
Original assignee: H. C. Starck Inc.
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2002-05-15
Also published as: EP1374262A4; US6515846B1; PT1374262E; EP1374262B8; CA2372254A1; WO2000046819A1; EP1374262B1; ATE537543T1; US6927967B2; US20040008472A1; CN1357149A; BR0008084A; AU2758300A; EP1374262A1; JP2002536828A; MXPA01007947A

Description

Substráty kondenzátorů zhotovené z těžko tavitelných nitridů kovu

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká prášků těžko zvláště prášků z Ta, Nb a přesněji jsou použitelné v kondenzátorech nitridů kovů, prášků, které tavitelných takových s pevným elektrolytem.

Křížové odkazy na příbuzné přihlášky

Tato prozatímní prozatímní prozatímní patentová přihlášky přihlášky přihlášky prozatímní prozatímní prozatímní přihláška uplatňuje nárok na 60/119 010, podané 8. února

60/144 961, podané 21. července

č. 60/145 553, podané 23. července č. 60/159 999, podané

18.

přihlášky přihlášky č. 60/159 998, přihlášky č. 60/171 835, podané prioritu

18. října

1999 i

1999 j

1999 j října 1999 a prosince 1999.

Dosavadní stav techniky

Tantalové kondenzátory s pevným elektrolytem jsou založeny na substrátech z kovového tantalu s dielektrickou vrstvou složenou z anodického oxidu tantalu. Dobře známý problém této struktury je nestabilita způsobená migrací kyslíku z oxidu do substrátu kovu během cyklických změn teploty gradient nedostatku kyslíku

Předkládaný vynález používající porézní hmotu

Ta2N, NbN) jako anodové a filmu anodického oxidu se vytvoří s asociovaným profilem vodivosti.

je zaměřen na kondenzátory spékaných nitridů (zvláště TaN, nitridové prášky vhodné pro jejich zhotoveni. Prášky jsou označovány jako „substráty ve vztahu ke konverzi v tenké vrstvě „povlaku dielektrického oxidu vytvořeného na povrchu sintrovaných prášků anodové strusky (různých geometrických tvarů), když se dostanou do styku s mokrým elektrolytem za podmínek elektrolytického pokovováni. V konečném produktu mohou být póry strusky vyplněny mokrým nebo pevným elektrolytem, ale tento vynález je zvláště přínosný pro kondenzátory s pevným elektrolytem. Kondenzátory obsahující profil vodivosti mají velkou závislost kapacitance na předpětí, frekvenci a teplotě. Ačkoliv výrobci kondenzátorů vyvinuli postupy k minimalizování nebo eliminování nedostatku kyslíku a asociovaného profilu vodivosti v dielektriku, termodynamická nestabilita ve fázovém rozhraní kov-oxid kovu může přispět k vznícení a jiným poruchám tantalových kondenzátorů s pevným elektrolytem.

Práce za posledních 30 let (odkaz 2 a odkazy v něm) demonstrují, že filmy anodických oxidů vytvořené na tantalových substrátech dopovaných dusíkem jsou stabilnější vůči cyklickým změnám teploty. Jestliže obsah dusíku v tantalu přesahuje 10 atomových %j je migrace kyslíku přes fázové rozhraní tantal-oxid tantalu potlačena. Kondenzátory zhotovené při použití dusíkem dopovaného tantalového substrátu jsou významně méně senzitivní vůči účinkům cyklických změn teploty. Ve většině případů byly substráty tenké filmy připravené rozprašováním tantalu v dusíkové atmosféře. Pokovené substrátové kondenzátory se nacházejí jako mikrozařízení v integrovaných obvodech. Pokovené kondenzátory zhotovené použitím substrátu Ta₂N (33 atomových % N) byly zvláště stabilní.

Podstata vynálezu

Existuje dobrý potenciál používáni TaN jako substrátu pro přípravu dvojné vrstvy vhodné pro zhotovení kondenzátorů s pevným elektrolytem. Anodický film narostlý na tomto substrátu je necitlivý vůči účinkům působení tepla, protože dusík blokuje migraci kyslíku napříč fázovým rozhraním substrátanodický film. Pokusy ukazují, že kondenzátory s pevným elektrolytem zhotovené z prášku pomocí systému TaN-anodický film mohou mít zanedbatelnou závislost kapacitance na předpětí, frekvenci a teplotě a mohou být méně náchylné k poruchám během dlouhodobého stárnutí. Tento poznatek nebyl v dosavadním stavu techniky známý až do doby posledních 20-ti let [viz odkaz 3 (kopie přiložena) a odkazech zde citovaných].

Použití dusíku k zlepšení výkonnosti tantalových kondenzátorů zhotovených použitím tantalu jako substrátu je známo. US patent č. 5 948 447, udělený 5. září 1995 H. Changovi/Cabot Corp., popisuje dopování tantalových nebo niobových práškových substrátů dusíkem (v úrovni 500 až 7000 ppm) k snížení průsaku iontů a zvažuje příznivý účinek na omezení růstu krystalů během anodizace a přínos vyšší rozpustnosti dusíku v tantalu nebo niobu (ve srovnání s kyslíkem) k snížení průsaku iontů omezením pohybu kyslíku a synergického účinku řízených kombinací obsahů dusíku a kyslíku V tantalovém nebo niobovém substrátu. T. Tripp a kol./H.C. Starek, lne., popsal v sympoziální práci 30 let trvající úsilí k zjištění účinků dopování dusíkem na tantalové substráty, převážně jako rozprašováním nanesené vrstvy tantalu nebo nitridu tantalu, ale obsahující také dusíkem dopovaný prášek a popisuje současnou práci, která potvrzuje účinek dusíku na zpomalení migrace kyslíku přes fázové rozhraní kov (Ta nebo Nb)-anodický oxid. D. J. Werder a kol./Bell Telephone Labs (Thin Solid Films, 323, 6 až 9 (1998)) poskytuje obrazy přechodů získané elektronovým mikroskopem zobrazující anodický • · · · film oxidu tantaličného vytvořený na rozprašováním naneseném TaN substrátu s bohatými inkluzemi dusíku v nižší (směrem k substrátu), části vrstvy oxidu, která se zdá být spojena se snížením dielektrické konstanty.

Většina příkladů těchto technik zahrnuje tenký film dusíkových substrátů připravený rozprašováním tantalu v dusíkové atmosféře.

Pro použití v elektrolytických kondenzátorech jsou v PCT publikované přihlášce WO 98/38660 (PCT/JP98/00832 podané 27. února 1998 K. Naitem, Y. Uchidou/Showa Denko KK) také uvedeny prášky nitridu niobu, v celkovém systému procesu a produktu zahrnujícím nitridaci práškového niobu (připraveného chemickou redukcí fluoridu niobu jako prekurzoru) pro produkci prášku nitridu niobu, spékání prášku, oxidování k vytvoření vrstvy oxidu niobičného (nebo vytvoření takové vrstvy in šitu pomocí procesu chemického usazování par z vnějšího prekurzoru) jako dielektrika, obsahujícího v pórech spékaného výlisku řadu různých elektrolytů, ale výhodně organické polovodivé systémy a přidání katody a balení k vymezení kompletního elektrolytického kondenzátoru.

Tento vynález také zahrnuje prášek niobu, který je odvozen přímo z čistého oxidu niobičného (Nb₂Os) , např. redukcí oxidu niobičného parami hořčíku k vytvoření prášku niobu s extrémně nízkým obsahem kyslíkových příměsí a vůbec žádným obsahem oxidu niobičného, potom v rámci programu přivedení dusíku do reaktoru, který zabrání zpětné oxidaci niobu; program má více níže definovaných stupňů tepelného zpracování a kontroly prostředí k vytvoření práškové sloučeniny nitridu niobu bez přebytku zbývajícího dusíku a případně chlazení v inertní atmosféře a odstranění vzduchu z prášku k vytvoření pouze limitovaného oxidu při teplotě místnosti.

Jiným předmětem je substrát, který poskytuje termodynamicky stabilnější fázové rozhraní substrát-anodický film, které činí systém méně stabilním proti degradaci, která se vyskytuje v systému niob-oxid niobu (a dokonce v systému tantal-oxid tantalu) během cyklických změn teploty.

Ostatní předměty, znaky a výhody tohoto vynálezu budou zřejmé z následujícího popisu jeho výhodných ztělesnění, včetně vysvětlujících neomezujících příkladů, praxe provedení procesů a konfigurací výsledných produktů, složení a účinnosti za zkušebních podmínek.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 až 9 jsou grafy a profily výsledků testu a stavů vzorku jak jsou popsány v příkladu 7 dále.

Možnou cestou využití schopnosti dusíku stabilizovat filmy anodického oxidu vytvořené na prášcích Ta nebo Nb a použít je k zhotovení diskrétních kondenzátorů je použití nitridu tantalu nebo niobu [Ta₂N (33 atomových % N) , TaN (50 atomových % N) , NbN (50 atomových % N) ] jako substrátu. Tyto sloučeniny mohou být lisovány do pelet a zpracovány za použití postupů podobných těm, které jsou uznány pro zhotovení pevných tantalových kondenzátorů a je zde možnost pro vytvoření vysoce spolehlivých, pevných kondenzátorů s dobrou volumetrickou účinností využívajících takové nitridy.

Podobné úvahy se aplikují na ostatní těžko tavitelné nitridy kovu (Ti, Zr, Hf) a jejich použití jako kondenzátory a jiné formy elektrod a jako katalyzátory, filtry a pro lékařské účely.

Příklady provedení vynálezu

Tento vynález je nyní dále popsán s odkazem na následující neomezující příklady.

Příklad 1

1A. Experimentální metody

Nitrid tantalu se připraví zahříváním 2,3 kg práškového tantalu ve třech teplotních stupních 700 °C, 850 °C a 1000 °C. Dusík se zavede ve formě plyného N₂ smíchaného s argonem. Počáteční směs plynu obsahuje 20 % molárních dusíku. Při každé teplotě je prášek postupně vystaven vyšší koncentraci plynného dusíku s konečným vystavením čistému dusíku při 1000 °C po 30 minut. Výsledný černý prášek se rozdrtí a proseje.

Výchozím materiálem je primární prášek odebíraný v průběhu redukce sodíkem. Fyzikální a chemické vlastnosti tohoto prášku jsou dále uvedeny v tabulce 1, společně s údaji vyrobeného nitridu tantalu. Koncentrace dusíku 6,43 hmotnost/ % hmotnostní mění složení sloučeniny na TaNo,9o. (Když se bere v úvahu obsah kyslíku, je složení sloučeniny TaNo,90o,i.)

Pelety s hmotou 0,14 g se lisují na hustotu 5,5 g/cm³ a spékají při 1 500 °C a 1 600 °C po 20 minut. Vodicí drát je tantalový. Pelety se anodicky oxidují v 0,1 objem/% objemová H3PO4 při použití proudové hustoty 100 mA/g a době zádrže 2 hodiny pod tvářecím napětím. Tvářecí teplota je 25 °C, 60 °C, °C, 90 °C a 95 °C. Tvářecí napětí je 16 a 50 voltů.

• · ft ·

Kapacitance se měří při použiti můstku HP 4262A LCR bez nebo s aplikací anodického předpětí. Maximální předpětí je 9 V pro tvářecí napětí 16 V a. 25 V pro tvářecí napětí 50 V. Anodizované pelety se tepelně zpracovávají na vzduchu při 400 °C po 30 minut. Reformace se provádějí v 0,1 objem/% objemová H3PO4 udržované na teplotách anodické oxidace. Doba reformace je 2 hodiny.

1B. Výsledky a diskuse

Tabulka II, níže, shrnuje výsledky zkoušek kapacitance a průsaku iontů jako funkci tvářecího napětí, tvářecích teplot a teploty spékání pelet. V závislosti na podmínkách se kapacitance pohybuje od nízké 23 000 do vysoké 44 000 pFV/g. Průsak stejnosměrného proudu (DCL) je vysoký pro pelety vytvářené při 50 voltech. Pelety vytvářené do 16 voltů při 90 °C a 95 °C mají průsaky přijatelně nízké.

Tabulka III, níže, uvádí přehled kapacitancí a průsaků po tepelném zpracování. S jednou výjimkou klesá kapacitance v průměru o asi 3 %. To kontrastuje s chováním systému TaTa₂Os, který po tepelném zpracování prodělává 7 až 12 %-ní zvýšení kapacitance. DCL je po termálním cyklu ve většině případů nižší.

Teplotně zpracované pelety anodizované při 90 °C se reformují při tvářecím napětí a tvářecí teplotě 2 hodiny. Výsledky kapacitance a průsaků po reformaci jsou shrnuty v tabulce IV. S jednou výjimkou se kapacitance vztažená k původní hodnotě nebo hodnotě po tepelném zpracování snížila o 2 až 3 %. Průsaky ve všech čtyřech sadách pelet jsou nízké a velmi nízké pro pelety spékané při 1600 °C a utvářené do 16 voltů. Zřetelně má proces tepelného zpracování/reformace velmi

pozitivní vliv na elektrickou kvalitu, pokud se tato kvalita měří pomocí průsaku stejnosměrného proudu.

Tabulka V, dále, shrnuje závislost kapacitance (BDC) na předpětí po různých zpracováních. Závislost kapacitance se měří jako procentická změna kapacitance mezi hodnotou naměřenou bez předpětí a hodnotou získanou při nej vyšším předpětí. Záležitostí určujícího významu je nedostatek závislosti kapacitance po tepelném zpracování. Když na tantalovém substrátu vyroste anodický film, existuje 5 až 10 %-ní závislost kapacitance na předpětí po tepelném zpracování při 400 °C. Předmětem zvláštního zájmu je skutečnost, že k závislosti kapacitance na předpětí nedochází u pelet, které jsou reformovány.

Nedostatek závislosti kapacitance na předpětí po tepelném zpracování je silným důkazem, že se v anodickém filmu nevytváří vodivý profil. Očekává se že, jestliže není kyslík extrahován z anodického filmu substrátem, a je v souladu s četnými dřívějšími pozorováními, že filmy anodického oxidu vytvořené na dusíkem dopovaných substrátech jsou odolné proti migraci kyslíku přes fázové rozhraní kov-oxid kovu (odkaz 2). Schopnost substrátu TaN vyztužovat dielektrický film, který je odolný proti degradačnímu účinku tepelného zpracování, má významný vliv na výkonnost pevných kondenzátorů zhotovených z tohoto dvouvrstvého systému. Zařízení mají nízkou závislost kapacitance na předpětí, frekvenci a teplotě a pravděpodobně jsou během zrychlených zkoušek životnosti stabilnější. Poslední předpověď se zakládá na skutečnosti, že jsou známa selhání zkoušek životnosti vyskytující se z důvodu elektrického průrazu spojeného s migrací kyslíku v rámci a skrz film anodického oxidu. Stabilnější kyslíkové prostředí ve vytvořených anodických filmech představují TaN substráty, které činí systém méně náchylným vůči mechanismu dlouhodobé degradace, jako jsou poruchy vznícením spojené s migrací kyslíku.

Odkazy

1. Smyth D. M., Shirn G. A. a Tripp T. B., J. Electrochem. Soc., 110, 1264 až 1271 (1963).

2. Tripp T. B., Shaw M. D. a Cox B., The Effects of Nitrogen on the Properties of Anodic Oxide Films in Tantalum, Proceedings of CARTS 99, v tisku.

3. Werder D. J. , Kola R. R., Microstructure of Ta₂Os Films Grown by the Anodization of TaN_x, 323 Thin Solid Films, 6 až 9 (1998) .

Příklad 2

2,724 kg pokusného práškového tantalu připraveného redukcí K₂TaF7 pomocí Na známým způsobem (viz např. US patent č. 2 950 185, Heller a kol., 1960), se předspéká při 1320 °C po 30 minut a deoxiduje při 1000 °C po dvě hodiny při použití 2 % hořčíku, známým způsobem (viz např. US patent č.

537 641, Albrecht a kol., 1985).

0, 908 kg takového práškového Ta se smíchá s 0,75 % Mg a umístí do vaničky z nerezové oceli vyplněné tantalovou folií. Prášek se deoxiduje při 950 °C po 2 hodiny. Deoxidace se provádí k odstranění jakéhokoliv kyslíku asociovaného s tantalem, který může rušit následný nitridační proces.

Vanička obsahující takovou směs se umístí do argonu mírně vyššího tlaku než je atmosférický tlak a nechá se chladnout přes noc. Za další, vanička obsahující takovou směs se zahřívá

♦ ··· na 680 °C podle měření termočlánkem zavěšeným uvnitř žárové trubky nad vaničkou. Tlak se sníží na 80 kPa a přivádí se dusík dokud tlak nedosáhne 101,3 kPa. Teplota se postupně zvýší a tlak se udržuje mezi 94,7 a 101,3 kPa přidáváním dusíku jelikož se spotřebovává reakcí s tantalem. Když teplota dosáhne 720 °C, sníží se tlak na 61,3 kPa a systém se znovu naplní dusíkem na 101,3 kPa. Teplota se postupně zvýší na 760 °C a tlak se přidáním dusíku udržuje v rozsahu od 94,7 do 101,3 kPa. Reakce probíhá mírně jak naznačuje pomalá rychlost poklesu tlaku. V okamžiku, kdy se tlak sníží na 33,3 kPa se systém naplní dusíkem na 101,3 kPa. Reakční rychlost se zvýší, ale stále zůstává dobře řiditelná. Teplota se nechá zvýšit na 830 °C a tlak se udržuje mezi 94,7 a 101,3 kPa. Nakonec se tlak sníží na 0 kPa a systém se naplní dusíkem na 108 kPa. Teplota se zvýší tak, aby dosáhla vnitřní teploty 980 °C a prostředí se udržuje při této teplotě a za mírného přetlaku dusíku po šest hodin.

Po ochlazení na teplotu místnosti se prášek pasivuje. Zbytkový oxid hořečnatý a Mg3N₂ se odstraní loužením zředěnou H2SO4 následovaným propláchnutím k odstranění zbytkové kyseliny. Vyloučený prášek se suší při 60 °C.

Prášek se analyzuje na obsah dusíku a kyslíku. Koncentrace dusíku je 38 600 ppm, což odpovídá sloučenině

Ta₂N. Koncentrace kyslíku je 1650 ppm. Prášek se testuje na elektrické vlastnosti před a po tepelném zpracování a po reformaci následující po tepelném zpracování. Podmínky tepelného zpracování jsou 4 00 °C po 30 minut na vzduchu. Pelety se reformují při tvářecím napětí po 30 minut. Příprava pelet, tvářecí a testovací podmínky jsou shrnuty v tabulce VI, dále. Čtyři sady pelet odpovídající třem teplotám spékání se vytvoří společně pro každou kombinaci tvářecího napětí a

·· ·<

• · · • · ♦ · · • · ·· · • · ·· ···· ·· ·· • · · · •· · •· · • ·· ·· ··♦· teploty tvářeni. Obecně, proces anodizace probíhá hladce za všech podmínek teplot spékání, tvářecího napětí a tvářecí teploty.

Několik 4-voltových, 225 pF-ových pevných kondenzátorů se zhotoví za použití podmínek procesu pro 30 až 50 000 cV/g tantalové kondenzátory. Prášek se lisuje při 4,5 g/cm³ a spékají při 1600 °C po dvacet minut. Hmota pelet je 0,14 g. Při zpracování se neprojevily potíže. Žádný z dokončených kondenzátorů neselhal. Zrychlené stárnutí se provádí při 85 °C po 240 hodin s aplikovaným napětím 6,1 V. Všechny z těchto kondenzátorů přežily zkoušku životnosti.

Hodnoty průměrné kapacitance čtyř sad pelet jako funkce spékací teploty, tvářecího napětí a tvářecí teploty po tváření, po tepelném zpracování a po reformaci jsou shrnuty dále v tabulce VII. Kapacitance se pohybuje od vysoké 38 000 cV/g při podmínkách 1400 °C/60 °C/16 V do nízké 18 500 cV/g při podmínkách 1600 °C/90 °C/80 V. Kapacitance poklesla po tepelném zpracování od 2 do 7 % v závislosti na tvářecím napětí. Pokles kapacitance byl nejvyšší pro pelety tvářené do 16 V. Obecně pokles kapacitance byl vyšší pro pelety tvářené při 90 °C vztaženo na pelety tvářené při 60 °C. Poté co se pelety reformují nastanou pouze malé další změny kapacitance.

Průměrné průsaky čtyř sad pelet jsou shromážděny dále v tabulce VIII. Pohybují se od vysokého asi 5,72 nA/pF.V do nízkého 0,36 nA/pF.V po tváření a od 7,5 do 0,16 nA/pF.V po reformaci. Obecně pelety tvářené při 90 °C mají nižší průsak než pelety tvářené při 60 °C. Průsak se významně zvyšuje po tepelném zpracování, ale v každém případě se vrátí na hodnotu blízké hodnotě pelet po tváření, když jsou pelety anodicky reformovány.

·· • 9

Závislost kapacitance na předpětí po tvářeni, tepelném zpracováni a reformaci je uvedena dále v tabulce IX. Závislost na předpětí se počítá jako procento změny kapacitance s aplikovaným předpětím v hodnotě 50 % tvářecího napětí vztažené ke kapacitanci bez předpětí. Když je substrátem tantal, má kondenzátor po tepelném zpracování negativní závislost kapacitance na předpětí od 8 do 10 %. V předkládaném případě (substrát Ta₂N) , není žádná závislost kapacitance na předpětí (nebo nejvíce malá pozitivní závislost na po tepelném zpracování. To je silný důkaz toho, vodivosti spojený s profilem nedostatku filmu neexistuje. Tato vlastnost může předpětí) že profil kyslíku značně anodickém zjednodušit poskytuje zařízení, proces zhotovení pevných kondenzátorů a která jsou za podmínek velkého tepelného stresu stabilnější.

Tabulka X, níže, shrnuje výsledky pro kapacitance pevných kondenzátorů. Je možné připravit z prášku velmi dobré 4voltové pevné kondenzátory. Zařízení během zrychleného testu své životnosti má dobrou výkonnost.

Tabulka VI

Souhrn přípravy pelet, tváření a podmínek testování

Podmínka	Hodnota(y)
hmota pelet	0,14 g
hustota výlisku	5,0 g/cn?
teplota spékání	1400 °C, 1500 °C, 1600 °C
doba spékání	20 minut
teplota tváření	60 °C, 90 °C
tvářecí napětí	16, 40, 80 V
tvářecí proud	100 mA/g
doba zádrže	2 hodiny

tvářecí elektrolyt	0,1 objemu/% objemové H3PO4
zkušební napětí DCL	70 % V_f
doba ohřevu DCL	5 minut
maximální předpěťové napětí	50 % V_f

Tabulka VII

Souhrn výsledných kapacitancí (pF.V/g)

Teplota spékáni

Tvářecí napětí	1400 °C	1500 °C	1600 °C
	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR

teplota tvářeni 60 °C

16	38000	35700	35500	35000	32900	33300	27300	25500	25400
40	34700	33500	'36300	31700	30700	33600	25800	24900	27000
80	27900	27400	2720CT	26400	25600	25500	21500	21500	21400

teplota tvářeni 90 °C

16	34200	31300	23200	31700	29300	32600	25000	23300	24400
40	32200	30000	22500	29200	28300	25300	23300	22600	22600
80	34600	30200	22500	19900	19800	20100	18900	18600	18500

AF = po tvářeni

AHT = po tepelném zpracováni

AR = po reformaci

Tabulka VIII

Souhrn výsledků průsaku (nA/pF.V)

Teplota spékáni

Tvářecí napětí	1400 °C	1500 °C	. 1	600 °C
	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR

teplota tvářeni 60 °C

16	0, 92	10,71	0, 57	0,83	4,02	0,73	0,36	1,02	0, 47
40	2,91	2,33	1,48	2,94	2,37	2,77	0,76	1,82	1,59
80	2,76	4,44	3,41	3,63	9,20	7,50	2,71	8,61	6,10

teplota tváření 90 °C

16	0,57	3,05	0,27	0,36	1,23	0,24	0,13	0,73	0,16
40	0,75	1,55	0,38	1,44	2,97	0, 63	0,47	2,09	0,43
80	2,21	4,69	0,77	5,72	11,37	1,83	3,49	9, 93	1,09

AF = po tvářeni

AHT = po tepelném zpracování

AR = po reformaci

Tabulka IX

Souhrn závislosti výsledných kapacitancí na předpětí (%)

Teplota spékání

Tvářecí napětí	1400 °C	1500 °C	1600 °C
	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR

teplota tváření 60 °C

16	-0,71	4,70	3,29	0,54	2,60	4,02	-1, 01	1,71	1,10
40	0,79	0,00	-0,34	0,57	-0,05	-0,41	-0,43	0,01	-0,83
80	0,78	1,09	0, 97	0,88	1,25	0,87	0,28	1,03	0,83

teplota tváření 90 °C

16	-1,22	4,01	2,47	-0,60	3, 90	3,79	2,47	3,7 9	1,54
40	0,38	-0, 10	1,260	0,36	-0,40	1,41	-0,42	-0, 02	0, 94
80	-0,06	1,57	1,34	-0,57	0,70	0,78	-0,57	1,2 4	0, 98

AF = po tváření

ΑΗΤ = po tepelném zpracováni

AR = po reformaci

Tabulka X

Souhrn výsledků pevných kondenzátorů

DCL s mokrým elektrolytem	Kondenzátor s mokrým elektrolytem (pF.V/g)	DCL v pevném kondenzátorů (nA/pF.V)	Pevný kondenzátor (pF.V/g)	Obnova kapacitance	výtěžek
0,205	26200	0,310	22310	85 %	100 %

Zkouška životnosti při průsaku stejnosměrného napětí (DCL) (nA/pF.V)

0 hodin a 6,1 V	240 hodin a 6,1 V	Výtěžek	Zkraty
25 °C	85 °C	85 °C	25 °C
0,310	2,249	2,105	0,279	100 %	0

Příklad 3

Niobový prášek se připraví redukcí Nb2Os hořčíkem.

Výsledné vlastnosti prášku jsou shrnuty v tabulce XI.

Tabulka XI

Vlastnost	Hodnota
Fisherův průměrný průměr částic, FAPD (μ)	1,4
Scottova sypká hmotnost, SBD (g/cm³)	0,99
Plocha povrchu (cm²/g)	2,3

Uhlík	154
Chrom	34
Železo	47
Nikl	74
Dusík	2880
Kyslík	9900
Křemík	30
Síra	13

Jeden kilogram prášku se smíchá s 22 g hořčíku a vloží se do misky z nerezové oceli vyložené niobovou folií. Miska a její obsah se vloží do laboratorní žárové trubky. Trubka se promývá argonem. Teplota pece se zvýší na 950 °C a systém se na této teplotě v argonové atmosféře udržuje 2 hodiny k provedení deoxidace prášku. Pec se nechá přes noc chladnout přičemž se udržuje pomalý průtok argonu trubkou. Dále se teplota zvýší na 680 °C, což se měří termočlánkem uvnitř trubky zavěšeným nad vzorkem, a tlak se sníží na 81,3 kPa. Použitím dusíku se tlak zvýší na 101,3 kPa. Po následujících 30 minut se teplota zvýší na přibližně 750 °C a tlak se udržuje mezi 88 a 101,3 kPa přidáváním plynného dusíku k nahrazení dusíku spotřebovaného v reaktoru. V okamžiku, kdy se tlak sníží na 61,3 kPa se potom použitím dusíku zvýší na 101,3 kPa. Projeví se významné zvýšení rychlosti reakce, jak naznačuje rychlost poklesu tlaku a zvýšení teploty. Jednu hodinu po začátku procesu dosáhne teplota 900 °C a reakce pokračuje mírným tempem, jak naznačuje rychlost poklesu tlaku. Tlak se sníží na 33,3 kPa a pak se systém pomocí dusíku vrátí na 101,3 kPa. Následuje rychlý pokles tlaku a projeví se zvýšení teploty. Tlak se po příštích 15 minut udržuje přidáváním dusíku na 101,3 kPa zatímco se teplota zvýší na 960 °C. Po kompletním vyprázdnění trubky následuje přidání dusíku ke zvýšení tlaku na 101,3 kPa. Velmi malý pokles tlaku, který

* · • · • ·	• 9 • • ··	99 • · • ·	·· • ·	·· • ·	♦ · • 9
• · • ·	• · • ·	• · · • £	9	• · • · ·	* •
• ·	• ·	• ·	····	• · ·♦	• ····

následuje naznačuje, že reakce je v podstatě dokončena. Nakonec se tlak zvýší na 108 kPa a systém se udržuje na 1000 °C po dobu šesti hodin.

Po ochlazeni na teplotu místnosti se prášek pasivuje řízeným vystavením vzduchu. Prášek se potom k odstranění MgO, Mg₂N3 a zbytkového Mg louží zředěnou kyselinou sirovou a potom vysoce čistou vodou k odstranění stop kyseliny. Obsah kyslíku a dusíku v prášku se měří použitím analyzátoru kysliku/dusíku LEČO 436. Koncentrace dusíku je 151 000 ppm a odpovídá sloučenině NbN bez přebytku dusíku. Obsah kyslíku je 4300 ppm.

Prášek se vyrábí na anodě, anodizuje se a testuje v mokrém elektrolytu na elektrické vlastnosti před a po tepelném zpracování a po reformaci při tvářecím napětí po dobu 30 minut. Podmínky přípravy pelet, tváření a zkoušení jsou shrnuty v tabulce XII.

Tabulka XII

Podmínka	Hodnota(y)
hmota pelet	0,14 g
hustota výlisku	3,5 g/cm³
spékací teplota(y)	1500 °C, 1600 °C, 1700 °C
doba spékání	20 minut
teplota tváření	60 °C, 90 °C
tvářecí napětí Vf	16 V, 40 V
tvářecí proud	100 mA/g
doba zádrže	2 hodiny
tvářecí elektrolyt	0,1 objemu/% objemové H3PO4
zkušební napětí DCL	70 % Vf
doba ohřevu DCL	5 minut
maximální předpěťové napětí	50 % Vf

• ·

• · • ·	4 • 44	▼W 44 4 4 4 _t 4 · Λ	99 • ·	• 4 9 9
• · • ·	4 4 4 4	™ 9 • · · · « *44	4 4 4 4	• 4
• 4	4 4	•4 444*	4 · • 4	4 444 *

Pelety se tepelně zpracovávají na vzduchu po 30 minut při 400 °C. Čtyři sady pelet odpovídající třem teplotám spékání se tváří společně pro každou kombinaci tvářecího napětí a tvářecí teploty. Není možné anodizovat pelety spékané při 1400 °C a pelety se nemohou anodizovat do 80 voltů při jakékoliv ze spékacích teplot.

Průměrné hodnoty kapacitance čtyř sad pelet (v pF.V/g) jako funkce teploty spékání pelet, tvářecího napětí a tvářecí teploty, po krocích tváření (AF), tepelného zpracování (AHT) a reformace (AR) jsou uvedeny v tabulce XIII.

Tabulka XIII

Tvářecí napětí	Teplota spékání (°C)
1500	1600	1700
	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR
Tváření při 60 °C
16	41000	38600	37900	37700	35800	35400	26400	25000	24700
40	40900	40700	38600	37400	36300	35800	26800	26700	25600
Tváření při 90 °C
16	37000	32100	30300	34400	30400	29200	24800	21000	19300
40	41700	35900	36800	39400	32900	33200	28000	24400	24100

Kapacitance se pohybuje od nízké hodnoty 19300 pF.V/g při podmínkách 1700 °C/90 °C/16 V do vysoké hodnoty 41700 pF.V/g při podmínkách 1500 °C/90 °C/40 V. Kapacitance se zvýši, když se tvářecí napětí zvýší z 16 na 40 V. Podobné chování se vykytuje u niobu, když se zvýší napětí při anodizaci. To je v protikladu k chování anod zhotovených s Ta substrátem, kde se kapacitance snižuje, jak se zvyšuje tvářecí napětí. Snížení kapacitance od 0,5 do 16 % po tepelném zpracování závisí na • ** «· ♦ ♦ · tvářecím napětí a tvářecí teplotě. Změna kapacitance byla vyšší pro pelety anodizované při 90 °C.

Výsledky průsaků (v nA/pF.V) jsou shrnuty v tabulce XIV.

Tabulka XIV

Tvářecí Napětí	Teplota spékání (°C)
1500	1600	1700
	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR
Tváření při 60 °C
16	0,60	1,31	0,58	0,29	0, 50	0,26	0,24	0, 65	0,27
40	0, 20	1,06	0,25	0, 12	0,77	0,14	0,08	0,36	0,12
Tváření při 90 °C
16	0, 93	2,75	0, 93	0,46	1, 06	0,50	0,59	0,63	0,22
40	0,27	1,75	0, 42	0,09	0, 57	0, 09	0,07	0,48	0,12

Nejvyšší průsak po tváření je 0,60 nA/pF.V a nejnižší je 0,09 nA/pF.V. Obecně proces tepelného zpracování/reformace snižuje průsak. Celkově pelety s nejnižším průsakem jsou anodizovány při 60 °C do 40 voltů.

Tabulka XV, dále, ukazuje (jako %) závislost kapacitance na předpětí jako funkci teploty spékání, tvářecího napětí a teploty tváření.

Tabulka XV • · : :

: i • ·

Tvářecí napětí	Teplota spékání (°C)
1500	1600	1700
	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR
Tváření při 60 °C
16	-0,96	-0,11	-0,20	-1, 07	-0,14	-0,20	-2,06	-0,44	-0,22
40	-2,34	-0, 11	-0,28	-3,37	-0,10	-0,25	-8,61	-0, 41	-0,31
Tváření při 90 °C
16	-6, 80	-4,56	-0,28	-6,43	-1,79	-0,17	-5, 42	-3,52	-0,35
40	-14,0	-2,70	-6, 03	-16, 3	-0,76	-4,11	-15,2	-0,79	-3,15

Po tváření za podmínek 90 °C/40 V mají pelety relativně velkou závislost kapacitance na předpětí. Tato závislost na předpětí se vyskytuje při aplikaci malého (asi 1,5 V) předpětí a malá dodatečná závislost se vyskytuje při aplikaci zvýšeného předpětí. To je chování podobné chování anodizovaného niobu.

Obecně tato závislost kapacitance na předpětí je nižší po tepelném zpracování pelet. Je zajímavé, že vysoká závislost na zpracování.

tepelném předpětí po anodizaci zmizí po

Necitlivost systému na tepelné zpracování je překvapivě dána skutečností, že film anodického oxidu vytvořený na niobu je těžce poškozen, když je vystaven teplotám v rozsahu 170 °C. Nedostatek závislosti kapacitance na předpětí po tepelném zpracování je shodná s modelem, kdy fázové rozhraní nitrid niobu/film anodického oxidu je stabilnější než fázové rozhraní kovový niob/film anodického oxidu.

Předcházející příklad se zahrnutou diskusí/analýzou ukazuje, že je možné získat prášek nitridu niobu a jeho anodizované spékané pelety, které slouží jako anodový základ pro kondenzátory s nízkým průsakem stejnosměrného proudu (D.C.) a odpovídají nezbytným kritériím stability, spolehlivosti, nákladů, kapacitance a konečně vyplňují mezeru velkého rozsahu mezi hliníkem a tantalem a do určité míry

»» • · ·

překonávají tantalové systémy. Nový systém založený na nitridu niobu je vhodný pro pevné kondenzátory.

Příklad 4

Podobná řada kroků přípravy prášku a kondenzátorů, jako v případě 3, se provádí (s dodatečným krokem impregnace pevného elektrolytu a aplikace běžné katody) k přípravě dvaceti 4-voltových kondenzátorů s pevným elektrolytem, přičemž prášky každého z nich obsahují spékanou porézní (póry jsou vyplněny elektrolytem oxidu manganičitého vzniklého tepelným rozkladem dusičnanu manganatého) anodu z prášků nitridu niobu s anodickým filmem jako dielektrikem. Anody jsou zhotoveny jako lisované 3,5g bloky a spékány při 1700 °C před oxidací (tvářením), impregnací a dokončením výroby kondenzátorů. Zkoušky kapacitance a průsaku se provádí v prostředí mokrého a pevného elektrolytu, zaznamenávající kapacitanci s pevným elektrolytem jako procento kapacitance s mokrým elektrolytem (obnova kapacitance, Cap. Rec.). Měří se také průsak stejnosměrného proudu v mokrém a pevném elektrolytu. Průměr dvaceti 4-voltových kondenzátorů je 26 400 cV/g kapacitance s vlhkým elektrolytem, 24 100 kapacitance s pevným elektrolytem tj. obnovení kapacitance 91,5 %, průsak stejnosměrného proudu je 0,24 nA/pF.V pro mokrý elektrolyt a 0,85 nA/pF.V pro pevný elektrolyt. Při zpracování a zkoušce skupiny dvaceti kondenzátorů se získá 100 % výtěžek. Vzorky s pevným elektrolytem se zkouší na životnost prostřednictvím 40-ti hodinové doby stárnutí.

Na počátku (při v podstatě 0 uplynulého času) je průměrný průsak 0,85 nA/pF.V při 25 °C a 6,63 nA/pF.V při 85 °C. Po 40 hodinách stárnutí při 85 °C s aplikovaným předpětím 0,1 V, je průměrný průsak při 85 °C 5,93 nA/pF.V a při 25 °C je průměrný průsak 0,81 nA/pF.V. Mezi 20 kondenzátory nedošlo ke zkratům, průrazu napětím, vzplanutím nebo jiným vybočujícím stavům. Všechny tyto údaje při 25 °C jsou pod prahem stanoveným elektrotechnickým průmyslem 2,5 nA/pF.V, ale vysoké ve srovnání s TaN systémy (studováno separátně a popsáno v další související prozatímní patentové přihlášce),osoba znalá oboru pozná, že úroveň průsaku se může pro NbN systémy podstatně snížit další optimalizací morfologie prášku, stejně jako podmínkami spékání, tváření a impregnace elektrolytu.

Výsledky vysvětlují zlepšený způsob přípravy nitridu niobu (NbN) pomocí odstranění kyslíku z niobové suroviny deoxidací hořčíkem před nitridováním. Nitrid se může použít jako substrát pro výrobu pevných elektrolytických kondenzátorů s elektrickou kvalitou srovnatelnou s kvalitou zařízení zhotovených použitím tantalu jako substrátu. Fázové rozhraní nitridu niobu-anodického filmu je termodynamicky stabilnější než fázové rozhraní niob-anodický oxid niobnatý (a vykazuje dobré srovnání proti rozhraní tantal-anodický oxid tantalu), jak dokazuje nedostatek závislosti kapacitance na předpětí po tepelném zpracování pro systém využívající substrát nitridu niobu.

Příklad 5

Práškový tantal se připraví běžnou sodíkovou redukcí prekurzoru fluorotantalátu draselného a loužením a tříděním prášku. Prášek se předspéká při 1320 °C po 20 minut a deoxiduje se použitím hořčíku k odstranění přebytečného kyslíku zavedeného během aglomerace. Výsledné vlastnosti prášku jsou shrnuty v tabulce XVI

Tabulka XVI ·· 99 * · · • ·

·« « · · • >

• o • ·

Vlastnost	Hodnota
Fisherův průměrný průměr částic, FAPD (μ)	2,0
Tok (s)	0,34
Plocha povrchu (cm²/g)	13 700
Scottova sypká hmotnost, SBD (g/cm³)	25,5
Uhlík	34
Vápník	2
Chrom	9
Měď	1
Železo	5
Draslík	13
Dusík	1840
Sodík	1
Nikl	11
Kyslík	4130
Síra	10
Křemík	8

Přibližně jeden kilogram tohoto prášku se smíchá s 0,75 hmotnost/% hmotnostní Mg a vloží se v tantalem vyplněné misce z nerezové oceli do laboratorní žíhací trubky R & D. Žíhací trubka se vakuuje, naplní se argonem a zahřívá se na 1000 °C. Tato teplota se pro deoxidaci prášku udržuje 2 hodiny. Pec se nechá přes noc vychladnout.

Teplota se zvýší na 680 °C podle měření termočlánkem umístěným uvnitř trubky a zavěšeným nad práškem. Tlak v trubce se sníží na 81,3 kPa a systém se plní argonem dokud se tlak nevrátí na tlak atmosférický (101,3 kPa) . K udržení atmosférického tlaku se přidává další dusík, jelikož dusík se spotřebovává v reakci s tantalem. Po dvaceti minutách procesu se tlak sníží na 61,3 kPa a potom se dusíkem zvýší na 101,3 kPa. V tomto okamžiku je teplota 710 °C. Opět se tlak udržuje přídavkem dusíku na téměř atmosférickém, pokud jde o teplotu, zvýší se během příštích 25 minut na 850 °C. Tlak se sníží na

33,3 kPa a dusíkem se zvýší zpět na 101,3 kPa. Zatímco se v žíhací trubce přídavky dusíku udržuje téměř atmosférický tlak, zvýší se během časového období 50 minut teplota na 1030 °C. Tlak se potom sníží na asi 0 kPa a systém se naplní dusíkem na 108 kPa. Systém se potom 5 hodin udržuje na této teplotě a tlaku.

Pec se nechá ochladit na teplotu místnosti a prášek se pasivuje použitím pasivačního cyklu prášku s vysokou kapacitancí. Prášek se pro odstranění MgO, Mg₂N3 a jakéhokoliv zbytku Mg louží zředěným roztokem H2SO4. Zbytky kyseliny se odstraní promytím vysoce čistou vodou. Prášek se suší při teplotě do 60 °C.

Prášek se analyzuje na obsah kyslíku a dusíku použitím analyzátoru kyslíku/dusíku Lečo 436. Koncentrace kyslíku je 2840 ppm a obsah dusíku je 6,99 % hmotnost/% hmotnostní (75 200 ppm) . To odpovídá sloučenině TaNo,97.

Prášky se zkouší na elektrické vlastnosti před a po tepelném zpracování a po reformaci následující po tepelném zpracování. Podmínky tepelného zpracování jsou 400 °C po dobu 30 minut na vzduchu. Pelety se reformují při tvářecím napětí 30 minut. Podmínky přípravy pelet, tváření a zkoušení jsou shrnuty v tabulce XVII.

Tabulka XVII

• · * :

Podmínka	Hodnota(y)
hmota pelet	0,14 g
hustota výlisku	5,0 g/cm³
spékací teplota(y)	1500 °C, 1600 °C, 1700 °C
doba spékání	20 minut
teplota tváření	60 °C, 90 °C
tvářecí napětí	16 V, 40 V, 80 V
tvářecí proud	100 mA/g
doba zádrže	2 hodiny
tvářecí elektrolyt	0,1 objemu/% objemové H3PO4
zkušební napětí DCL	70 % V_f
doba ohřevu DCL	5 minut
maximální předpěťové napětí	50 % V_f

Čtyři sady pelet odpovídající třem teplotám spékání se tváří společně pro každou kombinaci tvářecího napětí a tvářecí teploty. Obecně proces anodizace probíhá za všech stavů daných teplotou spékání, tvářecího napětí a tvářecí teploty hladce. Průměrné hodnoty kapacitance čtyř sad pelet (v pF.V/g) jako funkce teploty spékání pelet, tvářecího napětí a tvářecí teploty, po krocích tváření (AF), tepelného zpracování (AHT) a reformace (AR) jsou uvedeny v tabulce XVIII.

• ·

Tabulka XVIII

Tvářecí napětí (V)	Teplota spékání (°C)
1500	1600	1700
	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR
Tváření při 60 °C
16	33600	33300	32900	28300	26500	26400	18100	17000	16800
40	32600	31800	31900	26600	26300	26100	17600	17400	17400
80	26700	26900	26300	23000	22900	22500	15900	15900	15800
Tváření při 90 °C
16	32500	30800	30500	26300	24900	24700	16600	15700	15600
40	28100	28100	27900	24200	23800	23800	15700	15 600	15700
80	20400	19300	15600	18000	17300	13300	13800	13600	13500

Kapacitance se pohybuje od vysoké hodnoty 35 600 pF.V/g při podmínkách 16 V/60 °C/1500 °C do nízké hodnoty 13 800 pF.V/g při podmínkách 80 V/90 °C/1700 °C. Jak u kondenzátorů s Ta₂N a NbN substráty se kapacitance snižuje po tepelném zpracování a po reformaci.

Výsledky průsaku (v nA/pF.V) jsou shrnuty v tabulce IXX.

·· ··

• * Λ· • t· • ·· · · • · ·· * · ·· » ··9

Tabulka IXX

Tvářecí napětí (V)	Teplota spékání (°C)
1500	1600	1700
	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR
			Tváření při 60 ^c	>C
16	1, 40	9,89	2,25	0, 33	0,54	0,31	0,31	0,70	0,28
40	2,06	3,79	1,09	1,72	2,11	0, 63	1,23	2,89	0, 67
80	3, 92	3,55	3,41	4,00	3,38	3,39	3,89	3,70	3,42

Tváření při 90 °C
16	0,39	6,17	0, 42	0,16	0,36	0,12	0,18	0,55	0,16
’ 40	0,80	1,92	0,28	0,79	1,59	0,71	0,46	1,61	0,17
80	5,72	12,87	4,84	8,15	13,47	6,21	6, 07	13,73	5,07

Průsaky se zvyšuji, jak se zvyšuje tvářecí napětí a snižuje teplota spékání. Při tvářecích podmínkách 16 V a 40 V se průsak snižuje, jak se zvyšuje teplota tváření. Opak se vyskytuje při podmínce 8 0 V. Obecně jsou průsaky nej nižší po reformaci. Průsaky pro kondenzátory TaN/anodický film jsou vyšší než průsaky pro kondenzátory Ta₂N/ anodický film a kondenzátory NbN/film anodického oxidu (výroba a zkoušky jsou popsány v samostatné související prozatímní patentové přihlášce) při podmínkách 16 V a 40 V. Kromě nejvyšších tvářecích napětí jsou průsaky ve většině případů přijatelně nízké.

Tabulka XXV, níže, zobrazuje (jako %) závislost kapacitance na předpětí jako funkci teploty spékání, tvářecího napětí a teploty tváření.

Tabulka XXV

Tvářecí napětí (V)	Teplota spékání (°C)
1500	1600	1700
	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR	AF	AHT	AR
Tváření při 60 °C
16	-0,31	-0, 05	-0,01	-0,29	-0,04	-0, 09	-0,41	-0,04	-0,12
40	-0,18	-0,10	-0,07	-0,20	-0,09	-0,07	-0,19	-0,11	-0,05
80	-0,10	-0,10	-0, 11	-0,12	-0,12	-0,13	-0,11	-0,10	-0,11
Tváření při 90 °C
16	-0,32	-0,05	-0,02	-0,32	0,00	0,08	-0,38	-0,08	0, 09
40	-0,16	-0,08	-0,08	-0,19	-0,08	-0,09	-0,15	-0,08	-0,07
80	-0,10	-0,11	-0,06	-0,10	-0,11	-0,07	-0,10	-0, 06	-0,05

Je vidět, že systém nitrid tantalu/anodický film je velice necitlivý na tepelné zpracování. TaN je lepší než Ta2N a NbN v resistenci vůči účinkům tepelného zpracování.

Předcházející příklad se zahrnutou diskusí/analýzou ukazuje, že je možné získat prášek nitridu tantalu a jeho anodicky spékané pelety, které slouží jako anodový základ pro kondenzátory s nízkým průsakem stejnosměrného proudu (D.C.) a odpovídají nezbytným kritériím stability, spolehlivosti, nákladů, kapacitance. Systém je vhodný pro pevné kondenzátory.

Příklad 6

Podobná řada kroků přípravy prášku a kondenzátorů, jako v příkladu 1, se provádí (s dodatečným krokem impregnace pevného elektrolytu a aplikace běžné katody) k přípravě dvaceti 4-voltových kondenzátorů s pevným elektrolytem, přičemž prášky každého z nich obsahují spékanou porézní(póry jsou vyplněny elektrolytem oxidu manganičitého zhotoveného tepelným rozkladem nitrátu manganatého) anodu z prášků nitridu

« ♦ · · · · niobu s oxidem niobičným jako dielektrikem. Anody jsou zhotoveny jako lisované 5,5g bloky a spékány při 1600 °C před oxidací (tvářením), impregnací a dokončením výroby kondenzátorů. Zkoušky kapacitance a průsaku se provádí v prostředí vlhkého a pevného elektrolytu, zaznamenávající kapacitanci s pevným elektrolytem jako procento kapacitance s mokrým elektrolytem (obnova kapacitance, Cap. Rec.). Měří se také průsak stejnosměrného proudu v mokrém a pevném elektrolytu. Průměr kapacitance dvaceti 4-voltových kondenzátorů s mokrým elektrolytem je 27 500 cV/g, 24 600 s pevným elektrolytem tj. obnovení kapacitance 89,6 %, průsak stejnosměrného proudu je 0,26 nA/pF.V pro mokrý a 0,14 nA/pF.V pro pevný elektrolyt. Při zpracování a zkoušce skupiny dvaceti kondenzátorů se získá 100 % výtěžek. Vzorky s pevným elektrolytem se zkouší na životnost prostřednictvím 40-ti hodinové doby stárnutí.

Na počátku (při v podstatě 0 uplynulého času) je průměrný průsak 0,14 nA/pF.V při 25 °C a 1,29 nA/pF.V při 85 °C. Po 40 hodinách stárnutí při 85 °C s aplikovaným předpětím 6,1 V je průměrný průsak 1,44 nA/pF.V a při 25 °C je průměrný průsak 0,18 nA/pF.V. Mezi 40 kondenzátory nedošlo ke zkratům, průrazu napětím, vzplanutím nebo jiným vybočujícím stavům. Všechny tyto údaje jsou pod prahem stanoveným elektrotechnickým průmyslem 2,5 nA/pF.V.

Výsledky vysvětlují zlepšený způsob přípravy nitridu tantalu (TaN) pomocí odstranění kyslíku z tantalové suroviny deoxidací hořčíkem před nitridováním. Nitrid tantalu se může použít jako substrát pro výrobu pevných elektrolytických kondenzátorů s elektrickou kvalitou srovnatelnou s kvalitou zařízení zhotovených použitím tantalu jako substrátu. Fázové rozhraní nitridu tantalu-filmu anodického oxidu tantalnatého « · je termodynamicky stabilnější než fázové rozhraní tantalanodický oxid tantalnatý jak dokazuje nedostatek závislosti kapacitance na předpětí po tepelném zpracování pro systém využívající substrát nitridu tantalu.

Příklad 7

Připojená publikovaná práce (Tripp, Creasi a Cox Tantalum Nitride: A New Substráte For Solid Electrolyte Capacitors), včetně celého jejího textu, poznámek pod čarou (a publikací a výtisků takto určených) a výkresy jsou zde zahrnuty ve formě odkazů jako myšlenky vyjádřené zde v průběhu této práce. Poznatky se zčásti kryjí s předcházejícími příklady, ale také zahrnují další informace.

Nyní je osobě znalé oboru zřejmé, že mohou být provedena jiná ztělesnění, zlepšení, detaily a použití v souhlasu s literou a duchem předchozího popisu a současně v rámci tohoto patentu, který je omezen pouze následujícími patentovými nároky, předkládán v souladu s patentovým zákonem, včetně ekvivalentů odpovídajících teorií.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Těžko tavitelný prášek nitridu kovu, vhodný jako substrát pro elektrolytické kondenzátory a obsahující prášek vybraný z těžko tavitelných nitridů kovu a charakterizovaný schopností, že když je zkoušen nebo jinak vystaven anodovému spékání kondenzátoru a tvářeni a výrobě elektrolytického kondenzátoru a zkouškám životnosti rozhraní oxidu s práškovým substrátem, který je při takových zkušebních podmínkách v podstatě nesenzitivní na zahřívání a má sníženou závislost na frekvenci a předpěti ve srovnání s nenitridovanými analogy.
2. Prášek podle nároku 1, vyznačující se tím, že těžko tavitelné nitridy kovů jsou vybrány ze souboru, který v podstatě sestává z (atomový základ) TaN, TaaN a NbN.
3. Anoda elektrolytického kondenzátoru, vyznačující se t í m, že obsahuje prášek podle nároku 2.
4. Mokrý elektrolytický kondenzátor, vyznačuj ící se t í m, že obsahuje anodu podle nároku 3.
5. Pevný elektrolytický kondenzátor, vyznaču j ící se t í m, že obsahuje anodu podle nároku 3.
6. Způsob přípravy prášku z těžko tavitelného kovu pro kondenzátor, vyznačující se tím, že zahrnuje deoxidaci prášku a bezprostředně potom nitridaci prášku.

• · >2 314 (upravená strana)
7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že prášek těžko tavitelného kovu je vybrán ze souboru, který sestává z Ta a Nb a prášek po nitridaci je vybrán ze souboru sestávajícího v podstatě z (atomový základ) TaN, Ta2N a NbN.
8. Prášek připravený způsobem podle nároku 7.