DE1564163B2

DE1564163B2 - Dielektrisches material

Info

Publication number: DE1564163B2
Application number: DE19661564163
Authority: DE
Inventors: Ronald Amie Wappmgers Falls Spielberger Richard Karl Hopewell Junction NY Delaney (V St A )
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1965-07-14
Filing date: 1966-07-09
Publication date: 1973-04-26
Also published as: GB1148719A; US3365631A; DE1564163C3; FR1485089A; DE1564163A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein dielektrisches Material, das ein Gemenge aus Oxyden mit Halbleitereigenschaften und ferroelektrischem Material aufweist.

Die besonders von der elektronischen Datenverarbeitung her bekannten mikroelektronischen oder monolithischen Schaltungen werden auf kleinen Moduln hergestellt, die etwa die Größe von 1,2 · 1,2 cm² aufweisen. Diese Schaltungen besitzen bei hohen Schaltgeschwindigkeiten niedrige Impedanzen, denen die benachbarten Schaltungsteile durch ebenfalls niedrige Impedanzen angepaßt werden müssen. Zur Versorgung eines solchen Moduls mit einer einwandfreien Vorspannung wird eine gemeinsame Energiequelle über die Moduln an Masse oder eine andere Spannungsquelle angeschlossen, um die erforderliche niedrige Impedanz bereitzustellen. Die Stromquelle und der Masseanschluß befinden sich aber in der Regel in einiger Entfernung von den zu versorgenden Moduln. Aus diesem Grunde kann oft die Forderung nach niedriger Impedanz nicht eingehalten werden, weil die Induktivität der Leiterbahnen nicht mehr zu vernachlässigen ist.

Aus den genannten Gründen können Schaltungen mit niedrigen Impedanzen, insbesondere Tunneldioden mit sehr schnellen Schaltzeiten, Anlaß zu ernsthaftem, auf Übergangserscheinungen beruhendem Rauschen geben. Diese rauscherzeugenden Über-• gangserscheinungen führen zu falschen Signalen,

ίο welche unerwünschte Schaltbetätigungen in verschiedenen Teilen der Schaltungsanordnungen verursachen können.

In bekannter Weise können die genannten Schwierigkeiten durch Einfügung von genügend großen Ladungsspeichern zwischen Masse und Ausgang der Energieversorgungsquelle umgangen werden. Die eingefügten Entkopplungskondensatoren mindern die Impedanz der Versorgungsquelle. Entkopplungskondensatoren hoher Kapazität sind wünschenswert, andererseits ist jedoch die verfügbare Fläche auf den Moduln sehr begrenzt. Noch schwerer fällt ins Gewicht, daß der Entkopplungskondensator, die Induktivität der Zuführung zwischen Energieversorgung und Modul und die Impedanz der Versorgungsquelle eine induktive Schleife bilden, welche dazu neigt, nach einer Schaltpause Schwingungen anzuregen. Diese Schwingungen können auch zu schwerwiegenden Störungen führen. Gewöhnlich hilft man sich hierbei so, daß man Widerstände in die Leitung einfügt. Liegt hierbei der Widerstand in Serie mit dem Kondensator, so wird die Dämpfung lediglich auf Kosten der niedrigen Durchgangsimpedanz des Kondensators erhöht. Legt man den Widerstand jedoch parallel zum Kondensator, so wird ein übermäßiger Strom und damit Energieverbrach im Widerstand eintreten, was einen Temperaturanstieg innerhalb der Moduln zur Folge hat.

Es wurde bereits ein verbessertes Dielektrikum vorgeschlagen, das in Kondensatoren einer Erhöhung der Impedanz z.B. in einer Versorgungsanordnung entgegenwirkt. Dies wird erreicht durch eine höhere Dämpfungscharakteristik bei höheren Schaltfrequenzen, wobei zusätzlich durch einen höheren Gleichstromwiderstand eine weitere Verbesserung erreicht wird.

Die vorliegende Erfindung gibt ein dielektrisches Material an, welches es gestattet, Kondensatoren herzustellen, welche einen höheren Gleichstromwiderstand als die bisher bekannten oder vorgeschlagenen Kondensatoren aufweisen und welches gleichzeitig eine höhere Dielektrizitätskonstante als andere dielektrische Materialien besitzt. Diese Eigenschaften ermöglichen es, mikrominiaturisierte Kondensatoren zu entwickeln, die für höhere Betriebsspannungen geeignet sind, als dies bisher der Fall war.

Ein derartiges dielektrisches Material, das ein Gemenge aus Oxyden mit Halbleitereigenschaften und ferroelektrischem Material aufweist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Oxyde jeweils mindestens ein N-leitendes Halbleitermaterial und ein P-leitendes Halbleitermaterial enthalten und daß das Gemenge zu 70 bis 90 Gewichtsprozent aus halbleitendem Material und zu 30 bis 10 Gewichtsprozent aus mindestens einem ferroelektrischen Material besteht.

Es ist allgemein bekannt, daß ferroelektrische Materialien, z.B. Bariumtitanat, Strontiumtitanat usw., einen verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstand

sowie eine hohe Dielektrizitätskonstante, insbesondere in der Nähe des ferroelektrischen Curiepunktes besitzen. Diese Materialien weisen aberiaußer dem Hystereseeffekt, von welchem die ferroelektrischen Materialien ihren Namen bezogen haben, einen piezoelektrischen Effekt auf, und was noch wichtiger ist, die Dielektrizitätskonstante derartiger Materialien ist merklich temperaturabhängig. Halbleitermaterialien, z.B. Zinkoxyd, besitzen dahingegen einen verhältnismäßig geringen spezifischen Widerstand und eine niedrige Dielektrizitätskonstante im Vergleich mit ferroelektrischen Materialien. Ein spezielles keramisches Material, das aus einer Mischung bestimmter halbleitender Oxyde besteht, ist durch die britische Patentschrift 834076 bekannt.

Kombinationen aus ferroelektrischen und Halbleitermaterialien zeigen gewöhnlich einen erhöhten spezifischen Widerstand ohne gleichzeitige Beeinträchtigung der Dielektrizitätskonstanten. Wird ein Material hoher Dielektrizitätskonstante mit einem solchen niedriger Dielektrizitätskonstante kombiniert, so liegt die sich ergebende Dielektrizitätskonstante zwischen den Dielektrizitätskonstanten der beiden Ausgangsmaterialien. Die Dielektrizitätskonstante der Kombination wird somit geringer ausfallen als die höchste ihrer Bestandteile. Gleichfalls wird die Dielektrizitätskonstante temperaturempfindlich sein. Der spezifische Widerstand des Systems Halbleiter-Ferroelektrikum wird jedoch ausreichen, um mit ihm ausgerüstete Kondensatoren mit höheren Spannungen zu betreiben. Für die Konstruktion mikroelektronischer Schaltungen wird es von großem Nutzen sein, über geeignete, aus Halbleiter- und ferroelektrischem Material kombinierte Substanzen zu verfügen, welche eine im wesentlichen geringfügige Temperaturabhängigkeit sowie eine angemessene hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen.

Durch die deutsche Patentschrift 980 100 ist ein keramischer Körper mit hoher Dielektrizitätskonstante bekannt, der zu 80 bis 100 Gewichtsprozent aus Barium- und/ oder Strontium-Metatitanat besteht und gegebenenfalls mit einem Zuschlag von Kalzium-, Lanthan- oder Bleititanat sowie Metalloxyden versehen ist. Für Abänderungen der elektrischen Eigenschaften des Dielektrikums zur Anpassung an besondere Verwendungszwecke und Arbeitsbedingungen werden hierbei bis zu 10%, aber gewöhnlich nicht mehr als 1 bis 2% eines oder mehrerer Oxyde von Wismut, Bor, Kadmium, Chrom, Kupfer, Eisen, Mangan, Magnesium, Molybdän, Nickel oder Wolfram zugegeben. Die halbleitenden Oxyde stellen hier somit nur eine geringe Beimengung im dielektrischen Material dar, während sie bei dem beanspruchten Material mit durchschnittlich 80 Gewichtsprozent den überwiegenden Bestandteil bilden. Auch durch die deutsche Auslegeschrift 1139 063 ist ein keramischer Stoff bekannt, der halbleitende Materialien enthält. Diese besitzen jedoch ebenfalls nur einen relativ geringen Anteil im keramischen Material.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine Übersicht über die Verfahrensschritte zur Herstellung des beanspruchten dielektrischen Materials,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Kondensators,

F i g. 3 eine Tabelle zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der elektrischen Eigenschaften des dielektrischen Materials von dessen Zusammensetzung,

Fig. 3 A ein Diagramm, welches die Dämpfung α in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des dielektrischen Materials angibt,

Fig. 3B ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen Dielektrizitätskonstante und Zusammensetzung des dielektrischen Materials zeigt,

Fig. 3 C eine halblogarithmische Darstellung des Zusammenhangs zwischen spezifischem Widerstand in Ohm · cm und dem Anteil des Halbleiterbestandteils des dielektrischen Materials,

F i g. 4 eine Tabelle von Halbleiter-Ferroelektrikumsystemen mit verschiedenprozentigen Zusätzen eines Metallstannates zur selektiven Steuerung der

¹S Dielektrizitätskonstante und des spezifischen Wider-• Standes des Systems.

Ein Halbleitermaterial mit einer gewünschten relativen Dielektrizitätskonstanten in der Größenordnung von 1000 kann man erhalten durch Sintern einer Mischung von Halbleiteroxyden des N- bzw. P-Leitfähigkeitstyps. Materialien mit den genannten hohen Dielektrizitätskonstanten müssen als zusätzlichen Bestandteil wenigstens eine Kombination von Zinkoxyd (ZnO) und Wismuttrioxyd (Bi₂O₃) besitzen. Brauchbar ist ebenfalls die Kombination aus Zinkoxyd und Bleioxyd. Bei diesen Kombinationen stellt das Zinkoxyd einen N-leitenden und das Bleioxyd bzw. das Wismuttrioxyd einen P-leitenden Halbleiter dar. Andere benutzbare P-leitende Halbleitermaterialien enthalten Cuprioxyd (CuO) und Cuprooxyd (Cu₂O) sowie Nickeloxyd (NiO). Weitere N-Ieitende Halbleitermaterialien enthalten Cadmiumoxyd (CdO), Aluminiumoxyd (AlO₂) sowie Zinnoxyd (SnO₂).

Wie aus Fig. 1 zu ersehen, werden die ausgewählten Halbleiteroxyde, typischerweise Zinkoxyd, im Verfahrensschritt 20 gewogen und im entsprechenden Mengenverhältnis in einen Mörser mit Pistill eingegeben. Ein kleiner Prozentsatz eines einwertigen Dotierungsmittels, entweder Silber, Lithium oder Kupfer, werden in sehr geringen Gewichtsanteilen zur Anhebung des pezifischen Widerstandes zu dem Halbleitermaterial hinzugefügt. In einem Ausführungsbeispiel werden 96 Gewichtsprozent Zinkoxyd, 3 Gewichtsprozent Wismuttrioxyd und 1 Molprozent Kupfertitanat (CuTiO₃) gemischt. Das Halbleitermaterial und die puderförmige Dotierungssubstanz sehr guten Qualitätsgrades sind im Handel zu erhalten. Die puderförmigen Bestandteile werden zwei Stunden lang einer Trockenmischung unterzogen. Einzelheiten über die Zubereitung derartiger Halbleitermaterialien waren bereits Gegenstand früherer Vorschläge.

Die ferroelektrischen Materialien werden in einem ersten Verfahrensschritt 22 angesetzt, der im wesentlichen aus Abwiegen und Zusatz sowie Mischen eines ferroelektrischen Materials sowie eines Zusatzmittels besteht, welches die ferroelektrischen Eigenschaften verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen macht und gleichzeitig eine selektive Kontrolle der Dielektrizitätskonstanten gestattet. Ein Verfahren zur Herabsetzung der Temperaturabhängigkeit eines Ferroelektrikums wurde bereits vorgeschlagen. Eine weitere Möglichkeit zur Unempfindlichmachung eines Ferroelektrikums bezüglich Temperaturänderung besteht darin, das Stannat eines Metalls als Zusatz zu benutzen. Dieses Metallstannat gestattet, in einem geeigneten Anteil zu dem Ferroelektrikum hinzugefügt, diesem aus später noch zu nennenden Gründen eine temperaturunabhängige

Polarisation beizubehalten.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bewährten sich besonders Ferroelektrika, welche Bariumtitanat und Strontiumtitanat enthielten. Weiterhin erwiesen sich ebenfalls Bleistannat, Kalziumstannat, sowie Wismutstannat als nützlich. In einer speziellen Ausführungsform wurden 87 Gewichtsprozent Bariumtitanat und 13 Gewichtsprozent Bleistannat gemischt und zwei Stunden getrocknet entsprechend einem Verfahrensschritt 22. Bei den Titanaten und Stannaten handelt es sich um Material außerordentlich guter Qualität, wie es im Handel erhältlich ist. Die Mischung wird entsprechend dem Verfahrensschritt 24 in einen flüssigen Brei überführt und getrocknet. Als Flußmittel wurde zu dem pulverförmigen Material Wasser hinzugefügt. Das nach dem Trocknen zurückgebliebene pulverförmige Material wurde in einen geeigneten Behälter gefüllt und mittels des Verfahrensschrittes 26 kalziniert. Dieser Prozeß geschieht bei 1000° C über eine Zeitdauer von zwei Stunden auf einer Platte von Zirkonoxyd. Das kalzinierte Material wird im Verfahrensschritt 28 zerkleinert. Die zurückbleibende Substanz wird dann in kleine Formen unter einem Druck von 1400 kg/cm² gepreßt. Die Zerkleinerung geschieht mit einem diamantbesetzten Pistill. Die kleinen Formen oder Aggregate werden dann in einem Verfahrensschritt 30 bei 1425° C auf einer Zirkonoxydplatte zwei Stunden lang gesintert. Die gesinterten Aggregate werden in einem weiteren Verfahrensschritt 32 zerkleinert und mit Trichlor- oder Tetrachlorlösung vermengt. Die Partikelgröße dieses flüssigen Breis wird durch Mahlen einer Kugelmühle auf weniger .als 2,0-1O^-2 mm reduziert. Die gemahlene Masse wird vor dem nachfolgenden Reduktionsverfahrensschritt 34 getrocknet. Erfahrungen im Laboratorium ergaben, daß dieser reduzierende Verfahrensschritt 34 eine leichte Anhebung der Dielektrizitätskonstanten des Ausgangsmaterials auf Grund der Partikelgröße und der Partikelzusammensetzung nach sich zieht. Die Reduktion wird bei 900° C über eine Zeitdauer von einer Stunde in einem Formierungsgas oder in Atmosphäre durchgeführt.

Nunmehr wird das vollständige Dielektrikum durch Kombination mit dem puderförmigen Halbleitermaterial hergestellt, wie es im Verfahrensschritt 20 geschildert wurde, wobei dieses Halbleitermaterial seinerseits aus den Verfahrensschritten 32 und 34 hervorgeht. An einem Ausführungsbeispiel wurden 80 Gewichtsprozent des puderförmigen Halbleitermaterials und 20 Gewichtsprozent des modifizierten Ferroelektrikums innerhalb eines Verfahrensschrittes 36 kombiniert. Die Bestandteile wurden im trockenen Zustand innig miteinander vermischt und gleichförmig mit einem geeigneten Flußmittel versetzt, bis sich eine Paste ergab. Das Flußmittel wurde in solchen Quantitäten hinzugefügt, daß der Nutzgehalt der Paste etwa bei 70 % lag. Als Flußmittel wurde eine Kombination von j8-Terpineol und Äthylzellulose benutzt, wobei das erstere etwa 90 % des Gesamtflußmittels ausmachte.

Ein dünnschichtiger Entkopplungskondensator wurde hergestellt auf einem dielektrischen Substrat, welches typischerweise aus Aluminiumoxyd oder einer ähnlichen Substanz bestand, wobei eine Reihe von Siebdruckverfahren benutzt wurden. Als erster Verfahrensschritt 38 wurde eine Metallelektrode auf das Substrat aufgebracht. In einem Ausführungsbeispiel wurde eine pastenförmige Zusammensetzung aus Gold, Platin sowie einem Flußmittel benutzt, deren quantitative Zusammensetzung bereits früher vorgeschlagen wurde, wobei ebenfalls ein Siebdruckverfahren zum Aufbringen angewendet wurde. Das aufgedruckte Metall wurde bei einer erhöhten Temperatur getempert. Die jeweilige Temperatur hängt im allgemeinen von dem Schmelzpunkt der Masse ab, liegt aber im allgemeinen in der Größenordnung von 750° C. Das dielektrische Material, welches aus dem Verfahrensschritt 36 hervorgeht, wurde auf die erste Elektrode aufgebracht, was vorzugsweise in zweifacher Beschichtung durchgeführt wurde. Das aufgedruckte Dielektrikum wurde bei 150° C über eine

*5 Zeit von 20 Minuten getrocknet, wobei ein Einbrennen bei 1000° C über eine Zeitdauer von 10 Minuten erfolgte.Nach Abschreckung wurde eine zweiteSchicht aufgebracht auf die erste Schicht bei 150° C und 20 Minuten lang getrocknet. Eine zweite Metallelektrode von der gleichen Beschaffenheit, wie es bei der ersten der Fall war, wurde auf die zusammengesetzte dielektrische Schicht in einem Verfahrensschritt 42 aufgebracht. Die Herstellung des Elektrodenmaterials entspricht derjenigen des in Verbindung mit dem Veras fahrensschritt 38 beschriebenen Verfahrens. Das Dielektrikum des Verfahrensschrittes 36 wurde ebenfalls mittels des Verfahrensschrittes 43 auf die obere Metallelektrode aufgedruckt, wobei die äußere dielektrische Schicht zum Schütze der zweiten Elektrode dient. Während des Verfahrensschrittes 44 wird die Kondensatorherstellung durch einen Einbrennprozeß vervollständigt. Dieser Brennvorgang wurde in einem geeigneten Ofen bei 1000° C etwa 20 Minuten lang durchgeführt. Im Falle eines reduzierten Ferroelektrikums dauert das Einbrennen etwa 20 Minuten, wohingegen 40 Minuten erforderlich sind, wenn ein unreduziertes Ferroelektrikum erstellt werden soll. Der fertiggestellte Kondensator wurde innerhalb eines strömenden Kühlgases abgeschreckt. Kapazitätsmessungen, Widerstandsmessungen sowie Frequenzgänge, Dämpfung und Leckstrom wurden mit bekannten Meßverfahren gemessen.

Fig. 2 zeigt einen Schichtkondensator 50, wie er bei dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren resultiert.

Hierbei wurde als Unterlage ein Substrat 52, typischerweise aus Aluminiumoxyd od. dgl., gewählt. Eine erste Elektrode 54 einer Gold-Platin-Zusammensetzung liegt auf dem Substrat auf. Das erfindungsgemäß hergestellte dielektrische Material ist auf die Metallelektrode 54 aufgebracht. Eine zweite Elektrode 58 ruht auf dem Dielektrikum, erstreckt sich jedoch bis auf die Substratebene. Ein abschließendes Dielektrikum 60 ist über die zweite Elektrode gebreitet. Es versteht sich, daß auch eine Mehrzahl von Schichtelektroden bzw. dielektrischen Schichten zu einer sandwichartigen Struktur zusammengefaßt werden können. Die Abmessungen der entsprechenden Elektroden bzw. dielektrischen Bereiche, wie sie in mikroelektronischen Moduln gebraucht werden, besitzen in der Regel eine Seitenausdehnung von 12,5 · 10~³ mm bei einer Dicke des Dielektrikums von etwa 10μ.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung. Abänderungen der Materialien bzw. der quantitativen Zusammensetzung können vom Fachmann ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken vorgenommen werden.

Beispiele 1 bis 8

Bei den Kondensatoren der in Fig. 3 aufgeführten Tabelle wurden die aus Halbleiter- und ferroelektrischem Material zusammengesetzte dielektrische Substanz in der Weise hergestellt, wie es in Verbindung mit den in Fig. 1 gezeigten Verfahrensschritten erläutert wurde. 96 Gewichtsprozent Zinkoxyd, 3 % Wismuttrioxyd und eine Dotierungssubstanz aus Kupfertitanat von 1 Gewichtsprozent wurden abgewogen und zwei Stunden lang gemischt. In gleicher Weise wurden 87 Gewichtsprozent Bariumtitanat, 13 Gewichtsprozent Wismutstannat für das ferroelektrische Material abgewogen, gemischt, kalziniert und bei 1425° C zwei Stunden lang gesintert. Das gesinterte Ferroelektrikum wurde geschlemmt und in einer Kugelmühle gemahlen, bis die Partikelgröße kleiner als 2,0 · 10~² mm war. Nach Trocknen wurde das puderförmige Ferroelektrikum in verschiedenen Zusammensetzungsanteilen mit dem pulverförmigen Halbleitermaterial gemischt, wie es aus Fig. 3 hervorgeht. Mittels eines Bindemittels von 30 Gewichtsprozent wurde eine Paste gebildet, wobei das Bindemittel aus 94 % ß-Terpineol und 6 % Äthylzellulose bestand. Eine Reihe von 96 %igem Aluminiumoxydsubstrat-Material wurde gründlich gereinigt und getrocknet. Die Grundelektroden einer Gold-Platinpaste wurden auf das Substrat in Form des gewünschten Elektrodenmusters aufgedruckt. Die aufgedruckten Elektroden wurden getrocknet und bei 760° C 20 Minuten lang eingebrannt, wodurch sich die gebrannte Gold-Platinelektrode ergab. Die dielektrische Schicht wurde durch sukzessives Aufbringen von zwei Teilschichten erstellt. Die Paste aus dielektrischem Material wurde auf die gebrannte Elektrode aufgebracht und bei 150° C 15 Minuten lang getrocknet, bei 1000° C10 Minuten läng gebrannt und dadurch abgeschreckt, daß man die Anordnung auf einen Aluminiumblock legte. Eine zweite Teilschicht desselben dielektrischen Materials wurde auf die erste Schicht aufgedruckt und bei 150° C 15 Minuten lang getrocknet. Eine zweite Elektrode aus derselben Gold-Platin-Zusammensetzung, aus der bereits die erste Elektrode hergestellt wurde, wird durch Siebdruck auf die zusammengesetzte dielektrische Schicht aufgebracht und bei 150° C 15 Minuten lang getrocknet. Eine äußere dielektrische Schicht wurde auf die zweite Elektrode aufgedruckt.

Die Fig. 3 A und 3B zeigen die Änderung des Dämpfungsfaktors α und die Dielektrizitätskonstante in Abhängigkeit von der Massezusammensetzung bezüglich des Halbleiteranteils. Aus der Fig. 3 A geht hervor, daß bei Reduzierung des Zinkoxydbestandteils und 70 Gewichtsprozent der Dämpfungsfaktor eine starke Abhängigkeit von der Zusammensetzung aufweist. In gleicher Weise ist aus F ig. 3 B ersichtlich, daß bei anwachsendem Anteil des Halbleitermaterials in der Gegend von .90 % die Dielektrizitätskonstante auf einen Wert von etwa 20 % abfällt. Außerdem wird der spezifische Widerstand der Zusammensetzung wesentlich herabgesetzt, wie aus der F i g. 3 C hervorgeht. Ein Entkopplungskondensator mit entsprechend herabgesetztem spezifischem Widerstand fordert aber einen Betrieb bei niedrigerer Spannung. Insgesamt besagen die F i g. 3,3 A und 3 B, daß eine Zusammensetzung aus Halbleiter- und ferroelektrischem Material in der Größenordnung von 90 bis 70 % Halbleiterund 10 bis 30 % ferroelektrischem Material gewünschte dielektrische und Widerstandseigenschaften

ίο ergeben, wie sie geeignet sind für Entkopplungskondensatoren in mikroelektronischen Schaltkreisen. Die vorzugsweise benutzten optimalen Anteile von Halbleiter- und ferroelektrischem Material liegen bei 80 % und 20%.

Beispiele 9 bis 16

Die Verfahrensschritte zur Herstellung von dielektrischen Zusammensetzungen und die Herstellung von Kondensatoren dieser Beispielgruppe (9 bis 16) war identisch mit denjenigen der Beispielgruppe 1 bis 8 der Beschreibung. Es wurde jedoch der zur Unterdrückung der Temperaturabhängigkeit der Ferroelektrikums wirkende Zusatz geändert. Das dadurch

^a5 sich ergebende modifizierte ferroelektrische Material wurde mit dem Halbleitermaterial in reduzierter Form gemischt, wie es aus der Fi g. 4 hervorgeht. Standardmessungen dieser Serie von Kondensatoren zeigten Resultate, wie sie in F i g. 4 dargestellt sind. Die Zusatzsubstanz modifiziert den ferroelektrischen Curie-Punkt in der Weise, daß die Dielektrizitätskonstante, aufgetragen gegen die Temperatur, eine Steilheit aufweist, die im wesentlichen verschwindet. Eine physikalische Begründung für diesen Sachverhalt ist in einem Artikel mit dem Titel »Dielektrische Körper in binären Systemen auf Metallstannat-Bariumtitanat« von William W. Coffeen, beschrieben, und zwar im Journal of American Ceramic Society, Vol. 37, No. 10, Oktober 1964, Seite 480 bis 489.

Bei der Unterdrückung des ferroelektrischen Curie-Punktes gelingt es mit Hilfe der Metallstannate in selektiver Weise die Dielektrizitätskonstante zu steuern und die spezifischen Widerstände der verschiedenen Zusammensetzungen aus Halbleiter- und ferroelektrischem Material in gewünschter Weise abzuändern. Entsprechend der F i g. 4 ändert sich die relative Dielektrizitätskonstante zwischen den Werten 1100 und 1800. Der in Prozent angegebene Dämpfungsfaktor bleibt jedoch für alle Beispiele konstant. Es sei darauf hingewiesen, daß die Dielektrizitätskonstante der vorliegenden Zusammensetzung größer ist als diejenige für Halbleiter (900 bis 1100) und diejenige für Ferroelektrika (800 bis 1000). Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß die entsprechenden Werte für den spezifischen Widerstand im allgemeinen zueinander in dem gleichen Verhältnis stehen, daß sie jedoch bei verschiedenen Vorspannungen verschiedene Werte aufweisen in Übereinstimmung mit dem für Halbleiter bekannten Stromspannungszusammenhang.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 517/428

Claims

Patentansprüche:

1. Dielektrisches Material, das ein Gemenge aus Oxyden mit Halbleitereigenschaften und ferroelektrischem Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxyde jeweils mindestens ein N-leitendes Halbleitermaterial und ein P-leitendes Halbleitermaterial enthalten und daß das Gemenge zu 70 bis 90 Gewichtsprozent aus halbleitendem Material und zu 30 bis 10 Gewichtsprozent aus mindestens einem ferroelektrischen Material besteht.

2. Dielektrisches Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gemenge mit etwa 80 Gewichtsprozent aus den Oxyden mit Halbleitereigenschaften und etwa 20 Gewichtsprozent aus mindestens einem ferroelektrischen Material enthält.

3. Dielektrisches Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxyde mit Halbleitereigenschaften zu etwa 97 Gewichtsprozent aus N-leitendem Halbleitermaterial und zu etwa 3 Gewichtsprozent aus P-Ieitendem Halbleitermaterial bestehen, wobei das N-leitende Halbleitermaterial aus Zinkoxyd, Cadmiumoxyd, Aluminiumoxyd und/oder Zinnoxyd sowie das P-leitende Halbleitermaterial aus Wismuttrioxyd, Bleioxyd, Cuprioxyd, Cuprooxyd und/oder Nikkeioxyd gebildet sind.

4. Dielektrisches Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ferroelektrische Material aus Bariumtitanat und/ oder Strontiumtitanat sowie einem Stannat der Metalle Kalzium, Blei oder Wismut besteht, wobei der Stannat-Anteil etwa 13 Gewichtsprozent des ferroelektrischen Materials beträgt.

5. Dielektrisches Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge aus den Oxyden mit Halbleitereigenschaften und mindestens einem ferroelektrischen Material durch Sintern hergestellt ist.