DE1514003C

DE1514003C - Electric capacitor

Info

Publication number: DE1514003C
Authority: DE
Inventors: Harold Dalton Metzger Donald Delton Poughkeepsie NY Kaiser (V St A)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator, bei dem zwischen Belagfilmen eine Schicht dielektrischen Materials angeordnet ist, das aus einer gesinterten Mischung von Halbleiteroxyden des N- und P-Typs besteht.The invention relates to an electrical capacitor in which there is a dielectric layer between the covering films Material is arranged, which consists of a sintered mixture of semiconductor oxides of the N- and P-type.

Kondensatoren der genannten Art finden beispielsweise bei mikroelektronischen Schaltungsbausteinen von Digitalrechnern Anwendung. Bei diesen im Hochfrequenzbereich arbeitenden Bausteinen werden zur Erzielung einer niedrigen Impedanz Vorspannungen durch Verbinden der Stromversorgung über den Baustein mit Masse oder einer anderen Stromquelle erzeugt. In den so geschalteten Stromversorgungskreisen können jedoch störende Rauschsignale auftreten, die durch das schnelle Schalten der Elemente des Bausteins verursacht werden. Diese Störungen werden beseitigt, und gleichzeitig wird eine Anpassung der verschiedenen Impedanzen benachbarter Bausteine erreicht, wenn im Stromversorgungskreis parallel zu dem jeweiligen Baustein ein Kondensator angeordnet wird. Dem steht, insbesondere im Hinblick auf das Bestreben, die mikroelektronischen Bauelemente immer kleiner zu machen, die Schwierigkeit entgegen, daß wegen der erforderlichen, großen Kapazität nur Kondensatoren mit sehr großer Dielektrizitätskonstante räumlich auf dem Baustein untergebracht werden können. Diese Forderung wird erfüllt durch Kondensatoren, bei denen das Dielektrikum aus einem gesinterten keramischen Material, insbesondere aus einer gesinterten Mischung von Halbleiteroxyden des N- und P-Typs besteht.Capacitors of the type mentioned can be found for example Used in microelectronic circuit components in digital computers. With these in the high frequency range Working blocks are biased to achieve a low impedance generated by connecting the power supply via the module to ground or another power source. In the power supply circuits connected in this way, however, interfering noise signals can occur caused by the fast switching of the elements of the module. These disturbances are eliminated, and at the same time an adaptation of the various impedances of neighboring components is achieved, if a capacitor is arranged in the power supply circuit parallel to the respective module. To the is, especially with regard to the endeavor to keep the microelectronic components smaller and smaller make counteract the difficulty that only capacitors with due to the required, large capacitance very large dielectric constant can be accommodated spatially on the module. This requirement is met by capacitors, in which the dielectric is made of a sintered ceramic Material, in particular made of a sintered mixture of semiconductor oxides of the N- and P-type consists.

Ein bekannter Kondensator dieser Art enthält als Dielektrikum eine gesinterte, reduzierte Mischung von in Gewichtsteilen 83% Bariumtitanat bis zu 12% Wismutoxyd und Kalziumzirkonat, wobei das Bariumtitanat ein N-Leiter und das Wismutoxyd ein P-Leiter ist (französische Patentschrift 1 307 848). Bei einem anderen bekannten Kondensator dieser Art besteht das Dielektrikum aus einer im wesentlichen Zirkontitanat enthaltenden Masse, die aus einer gesinterten Mischung von 1 bis 40 Molprozent Zinkoxyd, mehr als 10 Molprozent Zirkonoxyd und bis zu 55 Molprozent Titanoxyd gebildet ist (deutsche Patentschrift 977 559). Zinkoxyd wird auch bei der Halbleiterschicht einer in ähnlicher Weise aufgebauten Trockengleichrichters verwendet. Bei diesem Trockengleichrichter steht ein zu einem festen Körper verarbeitetes Metalloxyd, z. B. Zinkoxyd, in Kontakt mit einem metallisch leitenden Oxyd als Gegenelektrode (deutsche Patentschrift 868 198).A known capacitor of this type contains a sintered, reduced mixture of as a dielectric in parts by weight 83% barium titanate up to 12% bismuth oxide and calcium zirconate, the barium titanate an N-conductor and the bismuth oxide is a P-conductor (French patent 1 307 848). at In another known capacitor of this type, the dielectric consists essentially of a zirconate titanate containing mass, which is made from a sintered mixture of 1 to 40 mole percent zinc oxide, more than 10 mol percent zirconium oxide and up to 55 mol percent titanium oxide is formed (German patent 977 559). Zinc oxide is also used in the semiconductor layer of a similarly constructed dry rectifier used. In this dry rectifier there is a metal oxide processed into a solid body, z. B. zinc oxide, in contact with a metallic conductive oxide as a counter electrode (German Patent specification 868 198).

Die Erzielung einer großen Kapazität mit Hilfe einer hohen Dielektrizitätskonstante stellt jedoch nicht das einzige Problem bei der Anordnung des Kondensators auf dem mikroelektronischen Baustein dar. Der Kondensator bildet nämlich zusammen mit der Bausteinleitungsinduktanz und der Stromversorgungsimpedanz einen Schwingkreis, der durch einen Schaltimpuls angeregt werden kann. Das hat zur Folge, daß Fehlleistungen der Schaltung auftreten. Diese Störung kann an sich vermieden werden durch Einfügen eines parallelen oder seriellen Dämpfungswiderstandes in die Kondensatorschleife. Dafür muß jedoch eine Erhöhung der Verlustleistung oder der Zeitkonstante in Kauf genommen werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die genannten Kondensatoren mit gesintertem Dielektrikum eine eigenartige Frequenzabhängigkeit der Kapazität und der Leitfähigkeit zeigen, so daß es möglich sein sollte, die störenden Eigenschwingungen auch ohne Hinzunahme eines Dämpfungswiderstandes zu verhindern.However, achieving a large capacity with the aid of a high dielectric constant is not an issue the only problem with the arrangement of the capacitor on the microelectronic chip. This is because the capacitor, together with the component line inductance and the power supply impedance, forms an oscillating circuit that is triggered by a switching pulse can be stimulated. As a result, circuit failures occur. This disorder can be avoided by inserting a parallel or series damping resistor in the capacitor loop. For this, however, an increase in the power loss or the time constant in Purchase to be taken. However, it has been shown that the aforementioned capacitors with sintered Dielectric show a peculiar frequency dependence of the capacitance and the conductivity, so that it should be possible, the disturbing natural vibrations without adding a damping resistor to prevent.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen für die Verwendung in mikroelektronischen Schaltungen geeigneten Kondensator anzugeben, der eine hohe Dielektrizitätskonstante und einen hohen Gleichstromwiderstand, aber eine niedrige Gesamtimpedanz bei hohen Frequenzen aufweist. Dieser Kondensator sollte eine Kapazität in der Größenordnung vonThe object of the invention is therefore to provide a device that is suitable for use in microelectronic circuits To specify a capacitor that has a high dielectric constant and a high DC resistance, but has a low overall impedance at high frequencies. This capacitor should have a capacity of the order of

ίο 155 pF/mm², eine Gleichstromleitfähigkeit in der Größenordnung von 0,00016 S/mm² und eine Gesamtimpedanz von etwa 0,016 Ohm/mm² bei 10 MHz aufweisen. . ίο 155 pF / mm ² , a DC conductivity on the order of 0.00016 S / mm ² and a total impedance of about 0.016 Ohm / mm ² at 10 MHz. .

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Dielektrikum mindestens 94% Gewichtsanteile Zinkoxyd und nicht mehr als 6% Gewichtsanteile eines P-leitenden Halbleitermaterials aufweist. ' 'According to the invention, this object is achieved in that the dielectric is at least 94% by weight Zinc oxide and not more than 6% by weight of a P-conductive semiconductor material. ''

Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Kondensators besteht darin, daß das den P-leitenden Bestandteil des Dielektrikums bildende Halbeitermaterial aus Wismuttrioxyd oder Bleioxyd oder Kupferoxyd oder Kupferoxydul besteht. Dabei werden die vorteilhaftesten Werte erhalten, wenn das Dielektrikum aus 95 bis 97% Gewichtsanteilen Zinkoxyd und 3 bis 5% Gewichtsanteilen Wismuttrioxyd besteht.An advantageous embodiment of the capacitor according to the invention is that the P-conductive Part of the dielectric forming semiconductor material made of bismuth trioxide or lead oxide or copper oxide or copper oxide. The most advantageous values are obtained when the dielectric consists of 95 to 97% by weight of zinc oxide and 3 to 5% by weight of bismuth trioxide.

Ein besonderer Vorteil wird bei dem erfindungsgemäßen Kondensator dadurch erreicht, daß die Kondensatorbeläge ebenfalls einen Zusatz von P-leitendem Halbleitermaterial enthalten, der weniger als 10% Gewichtsanteile beträgt. Die vorteilhaftesten Werte ergeben sich hierbei, wenn die Kondensatorbeläge einen Zusatz von 7% Gewichtsanteile Wismuttrioxyd enthalten.A particular advantage is achieved in the capacitor according to the invention in that the capacitor plates also contain an addition of P-conductive semiconductor material, which is less than 10% Parts by weight. The most advantageous values are obtained when the capacitor plates contain an addition of 7% by weight bismuth trioxide.

Die Erfindung wird an Hand von durch die Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigtThe invention is described on the basis of exemplary embodiments illustrated by the drawings. It shows

F i g. 1 in schematischer Darstellung die Anordnung des Kondensators im Versorgungsstromkreis eines mikroelektronischen Bausteins,F i g. 1 shows the arrangement of the capacitor in the supply circuit in a schematic representation a microelectronic component,

F i g. 2 den Kondensator im Querschnitt,
Fig. 3'ein Diagramm zur Erläuterung des durch Hinzufügen von Wismuttrioxyd zum dielektrischen Material erzielten Effekts,F i g. 2 the capacitor in cross section,
3 'is a diagram for explaining the effect achieved by adding bismuth trioxide to the dielectric material,

F i g. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Frequenzabhängigkeit der Kapazität des Kondensators undF i g. 4 shows a diagram to explain the frequency dependence of the capacitance of the capacitor and

F i g. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Frequenzabhängigkeit der Leitfähigkeit des Kondensators.
In F i g. 1 ist mit 10 ein mikroelektronischer Baustein bezeichnet, in welchem der Kondensator 11 parallel zu der Schaltung 12 angeordnet ist. Rauschspannungen der Stromversorgung 13 werden dadurch von der Schaltung ferngehalten. Der Kondensator 11 besitzt eine hohe Kapazität und einen niedrigen spezifischen Wechselstromwiderstand.F i g. 5 is a diagram to explain the frequency dependence of the conductivity of the capacitor.
In Fig. 1, 10 denotes a microelectronic component in which the capacitor 11 is arranged parallel to the circuit 12. Noise voltages of the power supply 13 are thereby kept away from the circuit. The capacitor 11 has a high capacitance and a low AC resistivity.

Der Aufbau des als Dünnschichtelement ausgebildeten Kondensators 11 ist in F i g. 2 dargestellt. Auf dem Baustein 10 ist der aus einer Gold-Platin-Verbindung bestehende Belag 21, darüber das dielektrische Material 22 und darüber der Belag 23 aufgebracht. Die räumlichen Abmessungen des Bausteins liegen in der Größenordnung von 0,5 mm pro Seite, und die Dicke des Dielektrikums beträgt etwa 12 bis 17 μ.The structure of the capacitor 11 designed as a thin-film element is shown in FIG. 2 shown. On the Component 10 is the coating 21, which consists of a gold-platinum compound, and above it the dielectric material 22 and above the covering 23 applied. The spatial dimensions of the block are in the On the order of 0.5 mm per side, and the thickness of the dielectric is about 12 to 17 μ.

Zur Herstellung des Kondensators werden die einzelnen Materialien unter Beimengung von Wasser gemahlen und dann, entsprechend den geforderten Gewichtsverhältnissen, gemischt. Durch Zusatz eines organischen Bindemittels wird eine Paste hergestellt,To manufacture the capacitor, the individual materials are ground with the addition of water and then mixed according to the required weight ratios. By adding a organic binder a paste is made,

die im Siebdruckverfahren auf die Belagschicht 2 aufgebracht wird. Die Beläge sind in entsprechender Weise hergestellt. Die aufgebrachten Schichten werden jeweils bei einer Temperatur von etwa 150⁰C getrocknet. Die beschichtete Struktur wird sodann in einem Brennofen gebrannt und danach abgeschreckt.which is applied to the covering layer 2 by screen printing. The coverings are manufactured in a corresponding manner. The coated layers are each dried at a temperature of about 150 ⁰ C. The coated structure is then fired in a kiln and then quenched.

Von den für die Bildung der dielektrischen Schicht 22 in Betracht gezogenen, verschiedenen Oxydmaterialien vom N- und P-Typ zeigt eine Kombination aus Zinkoxyd und Wismuttrioxyd die höchste Dielektrische Konstante und den höchsten spezifischen Widerstand. Zinkoxyd und Wismuttrioxyd in polykristalliner Form haben an sich relativ niedrige Dielektrizitätskonstanten von etwa 40 bis 60 bzw. von etwa 20 bis 30. Werden diese beiden Materialien jedoch in einer gesinterten Mischung kombiniert, so erhöht sich die Dielektrizitätskonstante auf ungefähr 1000, wenn der Gewichtsanteil von Wismuttrioxyd zwischen 0 und 6% liegt. Eine optimale Dielektrizitätskonstante wird bei ungefähr 3 bis 5% Gewichtsanteilen Wismuttrioxyd erreicht.Of the various oxide materials contemplated for forming the dielectric layer 22 of the N and P types, a combination of zinc oxide and bismuth trioxide shows the highest dielectric Constant and the highest specific resistance. Zinc oxide and bismuth trioxide in polycrystalline Form have relatively low dielectric constants of about 40 to 60 or about 20 to 30. However, if these two materials are combined in a sintered mixture, it increases the dielectric constant to about 1000 when the weight fraction of bismuth trioxide between 0 and 6%. An optimal dielectric constant is about 3 to 5% by weight of bismuth trioxide achieved.

Wenn Wismuttrioxyd auch dem Belagmaterial hinzugefügt wird, ergibt sich eine Dielektrizitätskonstante von 1000 bis zu mehr als 2000. Das jeweilige Belagmaterial, dem das Oxyd hinzugefügt wird, ist nicht kritisch. Es kann aus Platin bestehen. Bevorzugt wird eine Kombination aus Gold und Platin im Verhältnis von 80 zu 20.If bismuth trioxide is also added to the covering material, a dielectric constant results from 1000 to more than 2000. The particular covering material to which the oxide is added is not critical. It can be made of platinum. A combination of gold and platinum in proportion is preferred from 80 to 20.

In F i g. 3 ist der durch das Hinzufügen von Wismuttrioxyd zu Zinkoxyd erzielte Effekt durch den Verlauf der Dielektrizitätskonstante ε, in Abhängigkeit von den hinzugefügten Wismuttrioxyd-Prozentsätzen graphisch dargestellt. Die Kurve A zeigt Messungen der Dielektrizitätskonstanten eines Kondensators, dessen Beläge aus einer platinhaltigen Paste, die 2% Glas enthält, hergestellt sind. Die Kurve B zeigt Messungen der Dielektrizitätskonstanten eines Kondensators mit Belägen, die außer Gold und Platin ungefähr 7% Gewichtsanteile Wismuttrioxyd aufweisen. Die Werte der Dielektrizitätskonstanten der Kurven A und B sind in der nachstehenden Tabelle I aufgeführt, die auch den spezifischen Widerstand des Dielektrikums für verschiedene Prozentsätze von Wismuttrioxyd enthält. In Fig. 3 the effect achieved by adding bismuth trioxide to zinc oxide is shown graphically through the course of the dielectric constant ε as a function of the added bismuth trioxide percentages. Curve A shows measurements of the dielectric constant of a capacitor whose coverings are made from a platinum-containing paste which contains 2% glass. Curve B shows measurements of the dielectric constant of a capacitor with coatings which, apart from gold and platinum, contain approximately 7% by weight of bismuth trioxide. The dielectric constant values of curves A and B are given in Table I below, which also contains the resistivity of the dielectric for various percentages of bismuth trioxide.

Table I.

wieder ab, bei einem Gehalt von 6°/₀ Wismuttrioxyd liegt sie bereits beträchtlich unter dem Optimum.again, at a level of 6 ° / ₀ Wismuttrioxyd it is already significantly lower than the optimum.

Ein ähnlicher Effekt wird durch Hinzufügen von Bleioxyd zu Zinkoxyd erreicht, wobei der optimale Wert wieder bei ungefähr 3 bis 4 % des P-Halbleitermaterials liegt. Auch durch Hinzufügen von Kupferoxyd und Kupferoxydul zu Zinkoxyd ist ein ähnlicher Effekt beobachtbar, jedoch ist die Zunahme der Dielektrizitätskonstanten nicht so groß wie bei Wismuttrioxyd und Bleioxyd.A similar effect is achieved by adding lead oxide to zinc oxide, the optimal being Value again at around 3 to 4% of the P-type semiconductor material located. A similar one is also achieved by adding copper oxide and copper oxide to zinc oxide The effect can be observed, but the increase in the dielectric constant is not as great as with bismuth trioxide and lead oxide.

Wenn ein P-Halbleitermaterial dem Belagmaterial hinzugefügt wird, erhöht sich die Dielektrizitätskonstante. Dies zeigt die folgende Tabelle II für Belagmaterialien, die 7% und 10°/₀ Wismuttrioxyd enthalten und für Dielektriken aus reinem Zinkoxyd, Zinkoxyd plus 3 % Wismuttrioxyd und Zinkoxyd plus 3 % Bleioxyd.When a P-type semiconductor material is added to the facing material, the dielectric constant increases. This shows the following Table II for materials used, the 7% and 10 ° / ₀ Wismuttrioxyd contain and dielectrics of pure zinc oxide, zinc oxide and zinc oxide Wismuttrioxyd plus 3% plus 3% of lead.

Table II

20 7o
Bi₂O₃ 20 7o
Bi ₂ O ₃ Dielektrisches MaterialDielectric material DielektrizitätskonstanteDielectric constant 77th ZnOZnO 11001100 77th ZnO+ 3% Bi₂O₃ ZnO + 3% Bi ₂ O ₃ 25502550 ZnO + 3 % PbOZnO + 3% PbO 13201320 1010 ZnOZnO 17001700 1010 ZnO+ 3 °/₀Bi₂O₃ ZnO + 3 ° / ₀ Bi ₂ O ₃ 19501950 1010 ZnO+ 3% PbOZnO + 3% PbO 13501350

°/o° / o ElektrodenElectrodes DielektrizitätsDielectric Spezifischer WiderSpecific cons Bi₂O₃ Bi ₂ O ₃ Bindemittelbinder konstanteconstant stand (Ω cm)stand (Ω cm) 00 BleiglasLead glass 8080 1,6 · 10⁵ 1.6 · 10 ⁵ 22 BleiglasLead glass 785785 4,7 · 10³ 4.7 · 10 ³ 33 BleiglasLead glass 11001100 2,1 · 10³ 2.1 · 10 ³ 44th BleiglasLead glass 11601160 8,2 · 10³ 8.2 · 10 ³ 55 BleiglasLead glass 11601160 1,6 · 10"1.6 x 10 " 66th BleiglasLead glass 795795 2,8 · 10"2.8 x 10 " 00 7°/₀Bi₂O₃ 7 ° / ₀ Bi ₂ O ₃ 11001100 3,1 · 10"3.1 x 10 " 22 7% Bi₂O₃ 7% Bi ₂ O ₃ 16201620 9,1 · 10"9.1 x 10 " 33 7⁰A)Bi₂O₃ 7 ⁰ A) Bi ₂ O ₃ 25502550 2,2 · 10"2.2 x 10 " 44th 7 "/0Bi₂O₃ 7 "/ 0Bi ₂ O ₃ 19601960 1,2-10⁵ 1.2-10 ⁵ 55 7% Bi₂O₃ 7% Bi ₂ O ₃ 11001100 6,0 · 10"6.0 x 10 "

Aus der Tabelle und dem Diagramm der F i g. 3 ist zu entnehmen, daß die Dielektrizitätskonstante mit dem Hinzufügen von Wismuttrioxyd zu Zinkoxyd zunimmt und bei ungefähr 3 bis 4°/₀ Wismuttrioxyd einen optimalen Wert erreicht. Bei größeren Werten von Wismuttrioxyd nimmt die Dielektrizitätskonstante Aus der Tabelle II geht hervor, daß durch die Vergrößerung des Anteils des dem Belagmaterial hinzugefügten Halbleiteroxyds in manchen Fällen eine Erhöhung der Dielektrizitätskonstanten zur Folge hat, sogar wenn der Betrag des zum Belag hinzugefügten Oxydmaterials 10% oder größer ist. Dies trifft besonders in den Fällen zu, in denen das dielektrische Material aus reinem, polykristallinem Zinkoxyd besteht. Enthält jedoch das dielektrische Material 3 % Wismuttrioxyd, dann nimmt, wenn der Wert des zum Belag hinzugefügten Wismuttrioxyds größer als 7°/₀ ist, die Dielektrizitätskonstante ab. Diese Erscheinung ist ähnlich der zusätzlichen Vergrößerung des Wismuttrioxydanteils des dielektrischen Materials, die eine Abnahme der Dielektrizitätskonstanten zur Folge hat.From the table and the diagram in FIG. 3 it is apparent that the dielectric constant increases and with the addition of zinc oxide to Wismuttrioxyd to 4 ° / ₀ Wismuttrioxyd reaches an optimum value at about 3rd As the values of bismuth trioxide increase, the dielectric constant increases. Table II shows that increasing the amount of semiconductor oxide added to the covering material results in an increase in the dielectric constant in some cases, even if the amount of oxide material added to the covering is 10% or greater is. This is especially true in cases where the dielectric material consists of pure, polycrystalline zinc oxide. However, if the dielectric material contains 3% bismuth trioxide, then if the value of the bismuth trioxide added to the coating is greater than 7 ° / ₀ , the dielectric constant decreases. This phenomenon is similar to the additional increase in the bismuth trioxide content of the dielectric material, which results in a decrease in the dielectric constant.

Es hat sich weiter gezeigt, daß eine Zunahme des dem Belag hinzugefügten Halbleitermaterials die Herstellung von Lötverbindungen erschwert. Wenn beispielsweise das Belagmaterial 5°/o Wismuttrioxyd enthält, gehen weniger als 10°/₀ der hergestellten Kondensatoren eine Lötverbindung nur schwer ein. Wenn 10% Wismuttrioxyd dem Belagmaterial hinzugefügt sind, bilden mindestens 20% überhaupt keine Lötverbindung. Zur Verringerung der Ausschußrate ist daher festgelegt, daß nicht mehr als 10% Halbleitermaterial zum Belagmaterial hinzugefügt werden darf.It has also been found that an increase in the semiconductor material added to the coating makes the production of soldered connections more difficult. For example, if the lining material contains 5 ° / o Wismuttrioxyd, less go to a 10 ° / ₀ of the capacitors produced a solder difficult. If 10% bismuth trioxide is added to the covering material, at least 20% will not form a solder joint at all. To reduce the reject rate, it is therefore stipulated that no more than 10% semiconductor material may be added to the covering material.

Die obengenannten Ergebnisse sind von dem beim Herstellen des dielektrischen Materials verwendeten Brennzyklus abhängig. Die genannten Ergebnisse basieren auf einem Brennzyklus von 1 Stunde bei 1000⁰C, dem eine schnelle Abkühlung auf Raumtemperatur folgt. Im allgemeinen nimmt die Dielektrizitätskonstante zu mit der Zunahme der Brenntemperatur und Brennzeit, während der spezifische Widerstand abnimmt. Bei einem Wechsel der Brenntemperatur von 900 auf 1000⁰C und der Brennzeit von 15 auf 60 Minuten kann die Dielektrizitätskonstante um den Faktor 10 zunehmen, wohingegen derThe above results are dependent on the firing cycle used in making the dielectric material. The results mentioned are based on a firing cycle of 1 hour at 1000 ^° C., which is followed by rapid cooling to room temperature. In general, the dielectric constant increases with the increase in the firing temperature and firing time, while the specific resistance decreases. When the firing temperature changes from 900 to 1000 ^° C. and the firing time from 15 to 60 minutes, the dielectric constant can increase by a factor of 10, whereas the

spezifische Widerstand um den Faktor 4 oder 5 abnimmt. specific resistance decreases by a factor of 4 or 5.

Außer der Gleichstromwiderstandscharakteristik des Materials erfordert die Anwendung in mikroelektronischen Schaltkreisen einen niedrigen spezifischen Hochfrequenzwiderstand. Es hat sich herausgestellt, daß in einem Bereich von 500 Hz bis 50 MHz die Kapazität um ungefähr 20°/₀ pro Dekade abnimmt und die Leitfähigkeit um ungefähr 400% pro Dekade zunimmt. Die verwendeten Materialien sind somit sehr geeignet für mikroelektronische Schaltkreise, in denen bei den auftretenden Signalfrequenzen eine niedrige Impedanz der Stromversorgungsleitung des mikroelektronischen Bausteins erwünscht ist.In addition to the DC resistance characteristics of the material, its application in microelectronic circuits requires a low specific high-frequency resistance. It has been found that in a range from 500 Hz to 50 MHz, the capacitance decreases by about 20 ° / ₀ per decade and the conductivity increases by about 400% per decade. The materials used are therefore very suitable for microelectronic circuits in which a low impedance of the power supply line of the microelectronic component is desired for the signal frequencies that occur.

Um die Frequenzabhängigkeit sowohl der Kapazität als auch der Leitfähigkeit zu zeigen, wird auf die F i g. 4 und 5 Bezug genommen. Das Kapazitäts-Frequenzdiagramm der F i g. 4 enthält Kurven für unterschiedliche Brenntemperaturen und Brennzeiten des dielektrischen Materials, und in F i g. 5 sind die Kurven für unterschiedliche Brennzeiten und Temperaturen in einem Leitfähigkeits-Frequenz-Diagramm dargestellt. In beiden Fällen besteht das dielektrische Material aus einer Mischung von Zinkoxyd mit 3 °/₀ Wismuttrioxyd, die beiden Brenntemperaturen betragen 900 und 1000⁰C und die Brennzeiten 15, 30 und 60 Minuten.In order to show the frequency dependence of both capacitance and conductivity, reference is made to FIG. 4 and 5 are referred to. The capacitance-frequency diagram of FIG. 4 contains curves for different firing temperatures and firing times of the dielectric material, and in FIG. 5 shows the curves for different burning times and temperatures in a conductivity-frequency diagram. In both cases, the dielectric material consists of a mixture of zinc oxide at 3 ° / ₀ Wismuttrioxyd, the two internal temperatures are 900 and 1000 ⁰ C, and the firing times of 15, 30 and 60 minutes.

Aus diesen Kurven geht hervor, daß sowohl die Kapazität als auch die Leitfähigkeit mit der Erhöhung der Brenntemperatur und der Verlängerung der Brennzeit zunimmt. Außerdem ist feststellbar, daß die Leitfähigkeit mit der Frequenz zunimmt, und daß die Kapazität bei Zunahme der Frequenz abnimmt, obwohl diese Abnahme nicht so plötzlich erfolgt, wie die Abnahme des spezifischen Widerstandes.It can be seen from these curves that both the capacitance and the conductivity increase with the increase the firing temperature and the extension of the firing time increases. It can also be seen that the conductivity increases with frequency, and that the capacitance decreases as the frequency increases, although this decrease is not as sudden as the decrease in resistivity.

Kondensatoren der beschriebenen Art sind ausreichend klein für die Verwendung in mikroelektronischen Schaltkreisen. Sie besitzen trotzdem noch eine Kapazität von etwa 775 pF/mm². Beim Ansteigen der Signalfrequenzen von 1 kHz bis zu 10 MHz nimmt die Kapazität dieser Materialien um 5O°/o ab, der Nebenschlußwiderstand dagegen in der Größenordnung von 1000 Ohm auf 1 oder 2 Ohm. Wenn ein derartiger Kondensator bei einer Frequenz von 10 MHz arbeitet, beträgt die Gesamtimpedanz der Schaltung etwa 1 Ohm mit einem Dämpfungsfaktor in der Größenordnung von 95 %.Capacitors of the type described are sufficiently small for use in microelectronic circuits. They still have a capacitance of around 775 pF / mm ² . When the signal frequencies increase from 1 kHz to 10 MHz, the capacitance of these materials decreases by 50%, while the shunt resistance decreases in the order of magnitude from 1000 ohms to 1 or 2 ohms. When such a capacitor operates at a frequency of 10 MHz, the total impedance of the circuit is about 1 ohm with a damping factor on the order of 95%.

Claims

Patent claims:

1. An electrical capacitor in which there is a layer of dielectric material between the covering films is arranged, which consists of a sintered mixture of N- and P-type semiconductor oxides, characterized in that the dielectric is at least 94% by weight zinc oxide and has no more than 6% by weight of a P-type semiconductor material.

2. Capacitor according to claim 1, characterized in that the the P-conductive component of the dielectric forming semiconductor material made of bismuth trioxide or lead oxide or copper oxide or copper oxide.

3. Capacitor according to Claims 1 and 2, characterized in that the dielectric consists of 95 to 97% by weight of zinc oxide and 3 to 5% by weight of bismuth trioxide.

4. Capacitor according to Claims 1 to 3, characterized in that the capacitor linings also contain an addition of P-conductive semiconductor material, which is less than 10% Parts by weight.

5. Capacitor according to Claims 1 to 4, characterized in that the capacitor linings contain an addition of 7% by weight bismuth trioxide.

1 sheet of drawings