DE2634896A1 - Kondensatordielektrikum mit inneren sperrschichten und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Kondensatordielektrikum mit inneren sperrschichten und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number
DE2634896A1
DE2634896A1 DE19762634896 DE2634896A DE2634896A1 DE 2634896 A1 DE2634896 A1 DE 2634896A1 DE 19762634896 DE19762634896 DE 19762634896 DE 2634896 A DE2634896 A DE 2634896A DE 2634896 A1 DE2634896 A1 DE 2634896A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sintering
capacitor dielectric
sintering temperature
temperature
bao
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19762634896
Other languages
English (en)
Other versions
DE2634896C2 (de
Inventor
Helmut Dipl Phys Dr Schmelz
Werner Schwaen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE19762634896 priority Critical patent/DE2634896C2/de
Priority to US05/815,579 priority patent/US4131903A/en
Priority to AT527077A priority patent/AT357240B/de
Priority to IT2615677A priority patent/IT1082238B/it
Priority to GB3229477A priority patent/GB1527060A/en
Priority to FR7723755A priority patent/FR2360997A1/fr
Priority to JP9330477A priority patent/JPS5317961A/ja
Publication of DE2634896A1 publication Critical patent/DE2634896A1/de
Priority to US05/908,665 priority patent/US4192840A/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2634896C2 publication Critical patent/DE2634896C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/018Dielectrics
    • H01G4/06Solid dielectrics
    • H01G4/08Inorganic dielectrics
    • H01G4/12Ceramic dielectrics
    • H01G4/1272Semiconductive ceramic capacitors
    • H01G4/1281Semiconductive ceramic capacitors with grain boundary layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/018Dielectrics
    • H01G4/06Solid dielectrics
    • H01G4/08Inorganic dielectrics
    • H01G4/12Ceramic dielectrics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Ceramic Capacitors (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 3 Unser Zeichen Berlin und München VPA 7SP ί O 9 S BRD
Kondensatordieloktrikum mit inneren Sperrschichten und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Kondensator-Dielektrikum mit inneren Sperrschichten aus einem polykristallinen keramischen·Körper aus Material mit Perowskitstruktur auf der Basis von Bariümtitanat der allgemeinen Formel
mit M = Ca, Sr, Pb und/oder Mg und M = Zr, Sn, wobei ζ die Vierte 1,005 bis 1,05 einnimmt; das Material enthält wenigstens zv/ei verschiedene Dotierungs sub stanzen, von denen eine, vorzugsweise Antimon, Niob, Lanthan oder Wismut, im Innern der Kristallite überwiegend η-Leitung und die andere, vorzugsweise Kupfer, Kobalt, Nickel, Eisen oder Mangan, in der Oberflächenschlcht der Kristallite überwiegend p-Leitung bewirken. Der Anteil der die η-Leitung bewirkenden Dotierungssubstanz ist um den Faktor 1,5 bis 2,5 größer als die Maximaldotierungsmenge und der Anteil der die p-Leitung bewirkenden Substanz beträgt 0,01 bis 0,15 Gew%.
Ein solches Kondensatordielektrikum ist in der DT-AS 1 614 605 und in den hierzu korrespondierenden GB-PS 1 204 436 und US-PS 3 569 802 beschrieben.
Ein in diesen Schriften angegebenes Kondensatordielektrikum befindet sich seit mehreren Jahren unter der Bezeichnung SIBATIT 50.000 (SIBATIT = eingetragenes Warenzeichen) im Handel und ist technisch vielfach erprobt. Dieses Kondensatordielektrikum kann in Form von Scheiben, Röhren mit kreisförmigem und mit rechteckförmigem Querschnitt, die mit Metallschichten (z.B Silber) als Elektroden
VPA 75 E 1085
Bck 12 Zi / 29.7.1976 70 98 86/0180
- * - 4 78 P 10 9 9 BRD
versehen sind, sowie auch in Form von sogenannten "Stapelkondensatoren" Verwendung finden. Stapelkondensatoren sind solche, bei denen dünne Schichten dielektrischen Materials abwechselnd mit alternierend nach verschiedenen Seiten zum Rand ragenden Metallschichten übereinander angeordnet werden.
Um.trotz der Anteile an n-Dotierungssubstanz, die höher sind als diejenigen, die normalerweise höchste Leitfähigkeit (Maximaldotierung) erforderlich sind, dennoch maximale Leitfähigkeit im Korninnern bei gleichzeitiger Anwesenheit der p-Dotierungssubstanz zu bewirken, wird in den genannten Schriften als bevorzugtes Herstellungsverfahren vorgeschlagen, sämtliche Substanzen in Oxidform miteinander zur Reaktion zu bringen, denn in diesem Fall erreicht die Leitfähigkeit im Innern der Kristallitkörner höchstmögliche Yferte, während die in das Perowskitkristallgitter nicht oder nur begrenzt einbaufähige p-Dotierungssubstanz, insbesondere das Kupfer, im wesentlichen in die Oberflächenschicht der Kristallite eingebaut wird.
In der GB-PS 1 047 057 ist ein Keramikmaterial als Kondensatordielektrikum beschrieben, das aus einem polykristallinen Körper aus halbleitcndem Bariustitanat besteht und in der ¥eise hergestellt ist, daß auf die Oberfläche des Körpers Substanzen, wie Eisen, Kobalt, Mangan, Kupfer u.a. aufgetragen werden, woraufhin der so vorbereitete Körper erhitzt wird. Dabei diffundieren die genannten Elemente an den Korngrenzen des Keramikkörpers entlang in diesen hinein. Die halbleitenden Eigenschaften der Bariumtitanat-Keramik.werden erzielt, indem der Körper entweder durch Reduktion in Vakuum oder in Wasserstoffgas halbleitend gemacht wird, oder indem eine sogenannte valenzkontrollierte Halbleitung durch n-Dotierungssubstanzen hervorgerufen wird. Bei dem bekannten Kondensator-Dielektrikum und der hierfür angegebenen Herstellungsweise spielt die Diffusionsgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle, und es ist der Diffusionsvorgang verhältnismäßig schwierig zu kontrollieren. Es kommt hinzu, daß bei diesem
VPA 75 E 1085
709886/0180
Verfahren zunächst der halbleitende Körper hergestellt werden muß, der dort in v/eiteren Arbeitsschritten mit den einzudiffundierenden Metallen versehen und der Erhitzung zum Zwecke der Diffusion unterworfen werden muß. Für die in der Massenfertigung erforderliche Reproduzierbarkeit ist das bekannte Verfahren nicht geeignet.
Wenn man bei einem Kondensatordielektrikum mit inneren Sperrschichten von Werten für die Dielektrizitätskonstante (DK) spricht, so sind hier stets Schein-DK-Werte gemeint, da bei der Feststellung der DK aus der Messung der Kapazität eines solchen Kondensators unterstellt wird, daß der gesamte Körper ein hohes 6. habe -, während tatsächlich nur die sehr dünnen p-n-Übergänge an den Korngrenzen dielektrisch wirksam werden, die einen für Bariumtitanat üblichen DK-Wert aufweisen, wegen der Bezugnahme auf den gesamten Körper jedoch eine um ein Vielfaches erhöhte DK ergeben.
Bei einem Kondensatordielektrikum spielt nicht nur die DK im Hinblick auf die Höhe der Kapazität eine Rolle, sondern es ist auch erforderlich, daß die Abhängigkeit der DK von einer Betriebstemperatur, der Tangens des Verlustwinkels (Verlustfaktor) und die Isolation und damit die Belastbarkeit des Kondensators in bestimmten Grenzen liegen.
Dies ist bei/ den eingangs als bekannt angegebenen Kondensatordielektriken mit inneren Sperrschichten bereits weitgehend der Fall.
Dennoch wird angestrebt, sowohl die elektrischen Eigenschaften zu verbessern, als auch die Reproduzierbarkeit dieser elektrischen Werte in der Massenproduktion noch gezielter zu erreichen.
Als Maß für die Verbesserung der elektrischen Eigenschaften elektrischer Kondensatoren wird die Zeitkonstante angesehen, das ist das Produkt aus Kapazität des Kondensators und seinem Isolationswiderstand, angegeben in Μ-Π«. #uF oder-nach Umrechnung-in Sekunden.
VPA. 75 E 1085 7 0 9 8 3 6/0180
^634896
-- 6 76ΓΡ 1 O 9 9 BRD
Die Angabe der Zeitkonstante soll stets zusammen mit der Angabe über die Feldstärke, bei der gemessen ist, erfolgen, da sowohl die Kapazität als auch das Isolationsvermögen von der herrschenden Feldstärke abhängen.
Die bekannten Sperrschichtkondensatoren mit inneren Sperrschichten haben Zeitkonstanten zv/isehen 20 und 70 see bei einer Feldstärke von 100 V/mm bzw. 2 bis etwa 20 see bei einer Feldstärke von 200 V/mm.
Die Verbesserung der Reproduzierbarkeit der elektrischen Werte in der Massenproduktion bedeutet in vorliegendem Zusammenhang, daß die elektrischen Vierte mit geringeren Streuungen erzielt werden, die entstehen, wenn Körper gleicher Ausgangszusammensetzung und gleicher Vorbehandlung z.B. in verschiedenen Öfen gesintert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kondensatordielektrikum mit inneren Sperrschichten anzugeben, bei dem die Zeitkonstante (R.C-Produkt) und damit die Spannungsfestigkeit und die Dauerbelastbarkeit erhöht und die Reproduzierbarkeit verbessert sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das keramische Kondensatordielektrikum der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kristallitkörnern eine titandioxidreiche Titanat-Zwischenphase vorhanden ist, die wenigstens teilweise rekristallisiert ist und die p-Dotierungssubstanz derart inhomogen verteilt enthält, daß zu den Kristallitkornoberflachen hin die p-Dotierungssubstanz stark angereichert ist.
Bevorzugte Kondensatordielektriken bestehen aus BaO(Ti0^85 Sn0^15)O2 mit 0,025 TiO2 und 0,2 Gev# Sb2O3 sowie 0,0535 Gew# CuO, wobei der Überschuß der vierwertigen Komponenten über die zweiwertigen z.B. durch 0,025 TiO2 gegeben ist, oder aus
VPA 75 E 1085
709886/0180
•2 Tfe
634896 fe P 1 O 9 9 BRD
5 mit 0,03 TiO2 und 0,15 Gev$ Sb2O, und 0,04 Gew% CuO.
Die Überlegungen und Versuche, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, haben gezeigt, daß die Titanat-Zwischenphase zwischen den Kristallitkörnern, in der durch den Überschuß an vierwertigen Metallen Titan angereichert ist und die in gewissem Maße eine Verglasung des ganzen Körpers mittels sehr dünner Zwischenschichten bewirkt, dann zu einer Ausbildung sehr abgegrenzter p-n-übergänge an den Kristallitkornoberflachen führt, wenn die p-Dotierungssubstanz, insbesondere das Kupfer, zu den tfcergangsflächen Zwischenphase/Kristallitkornoberfläche hin angereichert ist. Eine bloße, nahezu homogene Verteilung der p-Dotierungssubstanz in den Kristallitkornoberflächenschichten läßt noch zu große Variatr-onbreiten des p-n-Übergangs zu, Auch das Eindiffundieren von p-Dotierungssubstanz in einen fertigen Keramikkörper führt bestenfalls zu einer homogenen Verteilung der. p-Dotierungssubstanz in den evtl. vorhandenen Zwischenschichten.
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die Zeitkonstante auf Werte zwischen 40 und 150 see bei Feldstärken von 250 bis 150 V/mm erhöht werden konnte, während gleichzeitig die Reproduzierbarkeit verbessert wurde, erkennbar an der Verringerung der Streuung der elektrischen Werte auf wenigstens die Hälfte der bisherigen Toleranzbereiche. !
Durch röntenstruktur-analytische Aufnahmen und durch die Methode der Bestimmung der Verteilung einzelner Elemente in einem Körper mittels Mikrosonde kann nachgewissen werden, daß bei den erfindungsgemäßen Kondensatordielektrika die Anreicherung der Kupferionen an der Übergangsschicht Zwischenphase/Kristallkornoberfläche tatsächlich vorliegt.
Die Methode der Mikrosondenanalyse ist von L.S.Birks im Buch "Electron Probe Micro Analyses", 1963, Interscience publishes, beschrieben und besteht darin, daß über einen Schliff des zu untersuchenden Körpers eine Mikrosonde geführt wird und der Gehalt
VPA 75 E 1085
709.886/0130 '
-ν- S *
eines ausgewählten Elementes in einer bestimmten Auswahl von Körnern , hier beispielsweise Kupfer, ermittelt wird. Bei der Rönten-Feinstrukturanalyse wird durch Messung der Gitterkonstante und deren Änderung durch Substitutionselemente eine Aust sage über die jeweilige Zusammensetzung gemacht.
Das Verfahren zur Herstellung eines Kondensatordielektrikums nach der Erfindung besteht darin, daß die für die Herstellung der -Körper erforderlichen Ausgangskomponenten in Oxidform oder in einer die Oxide liefernden Form oder in einer die Titanate bildenden Form gemischt, naß oder trocken vermählen und danach bei 950° bis 1100° C zur Festkörperreaktion gebracht werden, wie dies in der DT-AS 1 614 605 bzw. in den obengenannten entsprechenden englischsprachigen Patentschriften beschrieben ist, wonach das Reaktionsprodukt erneut bis zur gewünschten Teilchengröße (0,1 ... 2/um) gemahlen und aus dem Pulver die Körner durch Pressen oder im Schlickergießverfahren hergestellt und danach der Sinterung bei Temperaturen zwischen 1250° C und 1450° C unterworfen werden, wobei Kristallitkörner zwischen 20 bis 300/um, vorzugsweise 50 /um entstehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Ausscheidung der Kupferionen in der Zwischenphase bevorzugt in Nachbarschaft zu den Oberflächen der Kristallitkörner der Sinterprozeß derart geführt wird, daß die gepreßten Körner zunächst mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 200 K/h bis 800 K/h wenigstens im Temperaturintervall von 100,0u C ,bis zur Sinter temperatur auf diese erhitzt werden, dann für 1 bis 4 Stunden bei der Sinter temperatur gehalten, danach von der Sintertemperatur bis wenigstens 100 K und etwa 350 K unterhalb der Sintertemperatur langsam, d.h. mit einer Geschwindigkeit zwischen 10 K/h und 100 K/h abgekühlt werden, wonach die restliche Abkühlung bis zur Normaltemperatur entsprechend der dem Sinterofen eigenen Abkühlbedingungen erfolgt.
VPA 75 E 1085
70988870160
ORIGINAL INSPECTED
- -j/- 9 76 P 1 O 9 9 BRD
Ein.keramischer Körper mit der Grundzusammensetzung von 1 Mol BaO, 0,875 Mol TiO2, 0,15 Mol SnO2 und Zusätzen von 0,2 Gew96 Sb2O3 und 0,0535 Gev/56 CuO werden für den Sinterprozeß mit 600 K/h aufgeheizt, drei Stunden bei der Sintertemperatur von 1380° C gehalten und danach mit einer Geschwindigkeit von 50 K/h bis 1100°C abgekühlt.
Durch diese für den gesamten Sinterprozeß, der aus Aufheizperiode, Sinterperiode und Abkühlperiode besteht, angegebenen sehr engen Bedingungen ist gewährleistet, daß die Streuung der elektrischen Werte im fertigen Körper auf ein vertretbares Mindestmaß herabgesetzt sind.
Die relativ hohe Aufheizgeschwindigkeit bedingt, daß im gepreßten Körper das Kornwachstum stark eingeschränkt ist, Sintertemperatur und Sinterdauer sorgen dafür, daß die Ausscheidung der Zwischenphase und die Ansammlung der p-Dotierungssubstanz in der Zwischenphase gewährleistet sind. Die relativ langsame Abkühlung stellt sicher, daß die Zwischenphase genügend Zeit für eine Rekristallisation erhält, wobei die Rekristallisation an der Übergangsschicht Zwischenphase/Kristallkornoberfläche begünstigt erfolgt und deshalb dort eine Anreicherung der p-Dotierungssubstanz, insbesondere der Kupferionen sichergestellt ist.
In den US-PSn 2 277 733, 2 277 734 und 2 277 736 sind für bis
aus
wenigstens zu 80 ^/Titandioxid bestehende Kondensatordielektrika Sinterprozesse beschrieben, bei denen relativ langsam aufgeheizt wird, «nämlich mit 10 K/h für den Temperaturbereich von Normaltemperatur bis 985° C und 38 K/h für den Temperaturbereich von 985° C bis 1260° C (Sintertemperatur) bei relativ langen Haltezeiten von 6 Stunden bei der Sihtertemperatur, wonach die Abkühlung zwischen 1260° C und 985° C mit einer Geschwindigkeit von 38 K/h erfolgt und danach die Abkühlbedingungen des Sinterofens gelten. Bei diesen bekannten Kondensatordielektriken dient dieser Sinterprozeß insbesondere dazu, eine befriedi-
VPA 75 B 1085
709886/0180
- *"- 10 76 ρ 109 9 BRD
gende Verglasung zu erhalten und die Tendenz zur Kristallisation zu vermeiden sowie eine geringere Porosität des Körpers zu erreichen und den Einfluß von Verunreinigungen zu vermindern.
Demgegenüber geht es bei Verfahren der vorliegenden Erfindung darum, Rekristallisation zu fördern und insbesondere den Einfluß der Verunreinigungen - denn die Zusätze an p-Dotierungssubstanzen stellen Verunreinigungen des Perowskitgitters dar - ausgeprägter zu gestalten.
Anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele und der Figuren wird der Verteil der Erfindung dargelegt; es wird mit unterschiedlichen Sinterprozessen gearbeitet, um unterschiedliche Ergebnisse herauszustellen.
Die Figuren 1 bis 4 stellen Diagramme für elektrische Eigenschaften bei Abwandlung dec Sinterprozesses dar für Material gemäß Tabelle 1.
Figur 5 stellt schematisch das Ergebnis einer Mikrοsondenuntersuchung dar.
Als Proben wurden scheibenförmige Körper verwendet, die in bekannter Weise durch Vorbrennen, erneutes Mahlen und Pressen hergestellt wurden.
Die Einwaagezusammensetzung betrug je Mol BaO 0,875 Mol TiO2 und 0,15 Mol SnOp und zusätzlich - bezogen auf das Gewicht der Einvaagezusammensetzung - 0,20 Gew$6 stl203 xiri°- °»°535 Gew CuO.
Die Sinterung erfolgte an Luft bzw. in oxydierender Atmosphäre mit einer Aufheizgeschwindigkeit von ca. 600 K /h. Die Sintertemperatur wurde zwischen 13^0 und 1380° C variiert, wobei die Haltezeit einheitlich drei Stunden betrug. Abgekühlt wurde jeweils mit drei verschiedenen Geschwindigkeiten, nämlich 50, und 800 K/h. Einhaltung und Reproduzierbarkeit der gewählten
VPA 75 E 1085 709886/ΟΙβΟ
76 P 1 O 9 9 BRD
Sinterprogramme (Aufheizgeschwindigkeit, Sintertemperatur, Haltezeit und Abkühlgeschwindigkeit) wurden durch elektronische Regelung mit Zeitplangeber gewährleistet, so daß die in Fig. 1 angegebenen Sinterprogramme durchgeführt werden konnten. Der Aufheiz- und Haltezeitast war für alle drei Programme gleich, während die Abkühlbedingungen durch die Kurven a, b und c für 50 bzw. 200 bzw. 800 K/h gelten. Auf der Abszisse ist die Zeit in Stunden und auf der Ordinate die Temperatur in 0C angegeben.
Die Abkühlgeschwindigkeit von 800 K/h konnte nur bis etwa 1?00° C aufrechterhalten v/erden, da sie unterhalb dieser Temperatur durch die Wärmekapazität des Standofens begrenzt ist. Die Abkühlgeschwindigkeit von 50 K/h wurde aus Zeitgründen bei 1100° C abgebrochen. Dabei wird angenommen, daß bei dieser Temperatur der Rekristallisationsprozeß beendet ist. Bei allen Abkühlgeschwindigkeiten wurden die günstigsten elektrischen Werte bei- Sintertemperaturen zwischen 1355 und 13565° C erzielt. Die elektrischen Werte aus diesen Sinterungen sind in Tabelle I zusammengestellt.
Tabelle 1; Elektrische Werte (Mittelwerte) für Ba(Ti0 875Sn0 15)0-z + 0,15 Gew=S Sb2O3 + 0,0535 GewjS CuO in Abhängigkeit von der Abkühlgeschwindigkeit (Sinterung 1360°C; 3 Std. Haltezeit), gemessen an Scheiben von ca. 11,5 min und ca. 1,1 mrn Dicke
Abkühlge- _ tanb tan b R [MIi] R [MA] R Γμο.] R [μΩ.1
schwindig- ■£ (IkHzJi (10OkHz) (10 V) (50 V) (10"O-V) (200,V)
keit (.ΙΟ"3) (.10-3$ (.^) (< 104j {.jo») (.1O3)
800 K/h 90 000 38 95 0,6 0,13 0,31 0,044
200 K/h 75 000 38 92 1 0,6 2 0,48
50 K/h 60 000 38 91 1,6 1,2 6 2
VPA 75 Ξ 1085
° 709886/0180
-V-A* W?9§9 BRD
Tabelle 2; Elektrische Werte (Mittelwerte) für BaTiO,+ 0,03 Mol TiCU
+ 0,15 Gev$ Sb2O3 + 0,04 Gew?£ CuO
in Abhängigkeit von der Abkühlgeschwindigkeit (Aufheiz geschwindigkeit 200 K/h) Sinterung 1360° C 3 h Haltezeit, gemessen an Scheiben von ca. 11,5mm 0 imd ca. 1,1 mm Dicke.
Abkühlge
schwindig
keit bis
1100° C
22 ε tan b
(1 kHz)
R.C
(100 V/mm)
R.C
(300 V/mm )
I
200 K/h 20 000 20 100 Mil./uF 4 VLjTl.
50 K/h 000 20 300 M-a./uF 40 Mil.
Die Werte der bisher bekannten Sperrschichtkondensatoren mit inneren Sperrschichten sind etwa den Werten der Abkühlung mit 200 K/h vergleichbar.
Figur 2 zeigt die Gleichspannungsabhängigkeit der Kapazität von Scheibenkondensa"
kühlbedingungen.
Scheibenkondensatoren bei 1 kHz und 25° C, bei verschiedenen Ab-
Der Temperaturgang der Kapazität ist in Bild 3 dargestellt, in welchem die unteren Kurven für ein überlagertes Gleichfeld von 200 V/mm Gültigkeit haben. Die Kapazität wurde bei 1 kHz in Abhängigkeit ven den Abkühlgeschwindigkeiten ohne und mit überlagertem Gleichfeld gemessen und die Sintertemperatur der Körper betrug 1360° C.
Aus Fig. 3 geht hervor, daß bei langsamer Abkühlung der Temperaturgang der Kapazität, d.h. die Abhängigkeit der Kapazität von unterschiedlichen Temperaturen etwas größer wird. Es scheint, als ob das Curie-Maximum etwas schärfer ausgeprägt ist, soweit das innerhalb der Streugrenzen überhaupt festgestellt werden kann.
VPA 75 E 1085
709886/0180
ORIGINAL INSPECTED
- as "
Die Tabellen 1 und 2 zeigen einen Abfall der Permittivität und gleichzeitig einen Anstieg der Isolation mit sinkender Abkühlgeschv/indigkeit. Wichtig für die Beurteilung eines Kondensators ist das RC-Produkt aus dem Isolationswiderstand und der Kapazität. Besonders bei höheren Feldstärken (Flachrohre mit 0,35 mm Wandstärke bei 63 V =180 V/mm) zeigt sich eine deutliche Verbesserung des RC-Produktes mit abnehmender Abkühlgeschwindigkeit. Dies geht aus Fig. 4 hervor, in der die Abhängigkeit des RC-Froduktes von der Feldstärke und der Abkühlgeschv/indigkeit dargestellt ist. Wegen der verbesserten Zeitkonstante ist zu erwarten, · daß auch das Dauerversuchsverhalten verbessert ist.
Die Abkühlgeschv/indigkeit hängt auch in gewissem Maße von der jeweiligen Massezusammensetzung ab; diese Abhängigkeit ist jedoch in einfachen Versuchen schnell zu ermitteln. So sind Abkühlgeschwindigkeiten zwischen 10 K/h und 100 K/h in Abhängigkeit von der Massezusammensetzung optimal. Es ist auch denkbar, daß mehrmaliges Durchführen des Rekristallisationsvorgangs eine weitere Verbesserung bringt.
Der Verlustfaktor und die Gleichspannungsabhängigkeit v/erden von der Abkühlgeschwindigkeit kaum beeinflußt.
In Fig. 5 sind schematisch die Verhältnisse im Innern eines keramischen Dielektrikums mit inneren Sperrschichten gezeigt, wie sie aufgrund einer Mikrosondenanalyse festgestellt wurden und festgestellt werden können. In Fig. 5 sind drei η-leitende Körner 1 mit ihren Kornoberflächen 2 gezeigt. Zwischen den Körnern befindet sich die titanreiche Zwischenphase 3. An den Übergangsschichten Zwischenphase 3/Kornoberflache 2 sind Kupferionen 4 angereichert. Im Bereich der Kornoberfläche 2 bilden sich die bei angelegter Spannung kapazitiv wirksamen p-n-Übergänge aus.
Die Herstellung der Kondensatordielektrika gemäß der Erfindung und die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist sowohl in Standöfen als auch in Durchschuböfen möglich. Bei Standöfen
VPA 75 E 1085 70988 6/0180 OHmin«. ,nspecied
wird das Programm für den Sinterprozeß mit einem Zeitplangeber kontrolliert und eingehalten, während bei Durchstoßofen das Programm für den Sinterprozeß durch die Variation der einzelnen Zonen erfolgen kann. Kurze Aufheizgeschwindigkeiten bedingen eine kurze Zone für den Übergang von der Normaltemperatur zur Sintertemperatur, während umgekehrt eine langsame Abkühlung auch eine entsprechend lange Zone im Ofen benötigt. Bei Durchstoßöfen ist an sich die DurchstoßgebChwindigkeit gleich, 50 daß hier die einzelnen Zonen, die von den zu sinternden Körpern durchlaufen werden, entsprechend lang oder kurz gestaltet v/erden müssen.
Die Senkung der Herstellungskosten bei Beachtung der durch die Erfindung gegebenen Lehre infolge höherer Ausbeute bzw. geringerer Ausschußquoten ist ebenfalls ein Ergebnis der vorliegenden Erfindung.
•*o'
6 Patentansprüche
5 Figuren
ORIGINAL IMSPEGTl
VPA 75 E 1085 709886/0160

Claims (6)

  1. 76 P 10 9 9 BRD
    Patentansprüche
    ondensatordielektrikum mit inneren Sperrschichten aus einem polykristallinen keramischen Körper aus Material mit Perowskitstruktur auf der Basis von Bariumtitrjiat der allgemeinen Formel
    mit M11 = Ca, Sr, Pb und/oder Mg und MIV = Zr, Sn, wobei ζ die Werte 1,005 bis 1,05 einnimmt, das wenigstens zwei verschiedene Dotierungssubstanzen enthält, von denen eine (Antimon, Niob, Lanthan oder Wismut) im Innern der Kristallite überwiegend η-Leitung und die andere (Kupfer, Kobalt, Nickel, Eisen oder Mangan) in der Oberflächenschicht der Kristallite überwiegend p-Leitung bewirken, der Anteil der die n-Leitung bewirkenden Dotierungs sub stanz um den Faktor 1,5 bis 2,5 größer als die Maximaldotierungsmenge ist, und der Anteil der die p-Leitung be\*irkenden Substanz 0,01 bis 0,15 &ew% beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kristallitkörnern eine titandioxidreiche Titanat-Zwischenphase vorhanden ist, die wenigstens teilweise rekris.tallisiert ist und die p-Dotierungssubstanz derart inhomogen verteilt enthält, daß zu den Kristallitkornoberflachen hin die p-Dotierungssubstanz stark angereichert ist.
  2. 2.) Kondensatordielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus BaO.1,025 (TiQ Q^ SnQ -j = )02 mit 0,2 Gew$ Sb2O, sowie O,p535 Gew?£ CuO besteht.
  3. 3.) Kondensatordielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus BaO. 1,03 ^iC>2 mit °»15 Gew# Sb2O, sowie 0,04 Ge\i% CuO besteht.
  4. 4.) Verfahren zur Herstellung eines Kondensatordielektrikuiss nach Anspruch 1,2 oder 3, bei dem die für die Herstellung der Körper erforderlichen Ausgangskomponenten in Oxidform oder einer
    VPA 75 E 1085
    709886/0160
    die Oxide liefernden Form oder in einer die Titanate bildenden Form gemischt, naß oder trocken vermählen und danach bei 950° C bis 1100° C zur Festkörperreaktion gebracht werden, wonach dar* Reaktionsprodukt erneut bis zur gewünschten Teilchengröße gemahlen und aus dem Pulver die Körper durch Pressen oder im Schlickergießverfahren hergestellt und danach der Sinterung bei 1250° C bis 1450° C unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Ausscheidung der Kupferionen in der Zwischenphase bevorzugt in Nachbarschaft zu den Oberflächen der Kristallitkörner der Sinterprozeß derart geführt wird, daß die gepreßten Körper zunächst mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 200 K/h bis 800 K/h wenigstens im Temperaturintervall von 1000° C bis zur Sintertemperatur auf diese erhitzt werden, dann für eine bis vier Stunden bei der Sin-"tertemperatur gehalten, danach von der Sintertemperatur bis wenigstens 100 K und etwa 350 K unterhalb der Sintertemperatur langsam, d.h. mit einer Geschwindigkeit zwischen 10 K/h und 100 K/h abgekühlt werden, wonach die restliche Abkühlung bis zur Normaltemperatur entsprechend der dem Sinterofen eigenen Abkühlbedingungen erfolgt.
  5. 5.) Verfahren nach Anspruch 4 für die Herstellung eines Kondensatordielektrikums nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß gepreßte keramische Körper mit der Grundzusammensetzung 1 Mol BaO, 0,875 Mol TiO2, 0,15 Mol SnO2 und Zusätzen von 0,2 Gew# Sb2O, und 0,0535 Gew& Cu-für den Sinterprozeß mit 600 K/h aufgeheizt, drei Stunden bei der Sintertemperatur von 13SO0 C gehalten und danach mit einer Geschwindigkeit von 50 K/h bis 1100° C abgekühlt werden.
  6. 6.) Verfahren nach Anspruch 4 für die Herstellung eines Kondensatordielektrikums nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß gepreßte keramische Körper der Grundzusammensetzung 1 Mol BaO, 1,03 Mol TiO2 und Zusätzen von 0,15 GewS4 SbpO, .und 0,04 Gew% CuO für den Sinterprozeß mit 200 K/h aufgeheizt, drei Stunden bei der Sinterteraperatur von 1360° C gehalten und danach mit einer Geschwindigkeit von 50 K/h bis 1100° C abgekühlt werden.
    VPA 75 E 1085 709886/0190
DE19762634896 1976-08-03 1976-08-03 Kondensatordielektrikum mit inneren Sperrschichten und Verfahren zu seiner Herstellung Expired DE2634896C2 (de)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19762634896 DE2634896C2 (de) 1976-08-03 1976-08-03 Kondensatordielektrikum mit inneren Sperrschichten und Verfahren zu seiner Herstellung
US05/815,579 US4131903A (en) 1976-08-03 1977-07-14 Capacitor dielectric with inner blocking layers and method for producing the same
AT527077A AT357240B (de) 1976-08-03 1977-07-20 Kondensatordielektrikum mit inneren sperr- schichten und verfahren zu seiner herstellung
IT2615677A IT1082238B (it) 1976-08-03 1977-07-27 Dielettrico per condensatori con strati di sbarramento interni e procedimento per la sua fabbricazione
GB3229477A GB1527060A (en) 1976-08-03 1977-08-02 Capacitor dielectrics
FR7723755A FR2360997A1 (fr) 1976-08-03 1977-08-02 Dielectrique de condensateur comportant des couches d'arret interieures et procede pour sa fabrication
JP9330477A JPS5317961A (en) 1976-08-03 1977-08-03 Capacitor dielectric having internal bloking layer and method of manufacturing said derivative
US05/908,665 US4192840A (en) 1976-08-03 1978-05-23 Method for producing a capacitor dielectric with inner blocking layers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19762634896 DE2634896C2 (de) 1976-08-03 1976-08-03 Kondensatordielektrikum mit inneren Sperrschichten und Verfahren zu seiner Herstellung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2634896A1 true DE2634896A1 (de) 1978-02-09
DE2634896C2 DE2634896C2 (de) 1985-08-14

Family

ID=5984626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19762634896 Expired DE2634896C2 (de) 1976-08-03 1976-08-03 Kondensatordielektrikum mit inneren Sperrschichten und Verfahren zu seiner Herstellung

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JPS5317961A (de)
AT (1) AT357240B (de)
DE (1) DE2634896C2 (de)
FR (1) FR2360997A1 (de)
GB (1) GB1527060A (de)
IT (1) IT1082238B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2942187A1 (de) * 1978-10-20 1980-04-30 Tdk Electronics Co Ltd Nichtlineares dielektrisches element

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3165390D1 (en) * 1980-06-30 1984-09-13 Centralab Inc Ceramic dielectric for base metal electrode capacitors and method of manufacture
JPS57157502A (en) * 1981-03-24 1982-09-29 Murata Manufacturing Co Barium titanate series porcelain composition
JPS57167618A (en) * 1981-04-08 1982-10-15 Murata Manufacturing Co Grain boundary insulating type semiconductor porcelain composition
JPS57167617A (en) * 1981-04-08 1982-10-15 Murata Manufacturing Co Grain boundary insulating type semiconductor porcelain composition
JPS61275164A (ja) * 1985-05-03 1986-12-05 タム セラミツクス インコ−ポレイテツド 誘電体セラミック組成物
US4939108A (en) * 1986-11-03 1990-07-03 Tam Ceramics, Inc. Process for producing dielectric ceramic composition with high dielectric constant, low dissipation factor and flat TC characteristics
WO1988008830A1 (en) * 1986-11-03 1988-11-17 Dean Terence C Dielectric ceramic with high k, low df and flat tc
JPH0692268B2 (ja) * 1988-06-03 1994-11-16 日本油脂株式会社 還元再酸化型半導体セラミックコンデンサ素子
JP2733667B2 (ja) * 1988-07-14 1998-03-30 ティーディーケイ株式会社 半導体磁器組成物
US5550092A (en) * 1995-02-10 1996-08-27 Tam Ceramics Inc. Ceramic dielectrics compositions

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2277733A (en) * 1939-04-27 1942-03-31 Titanium Alloy Mfg Co Dielectric material and method of making the same
GB1047057A (en) * 1963-02-22 1966-11-02 Nippon Telegraph & Telephone Improvements in or relating to dielectric materials
DE1646988A1 (de) * 1965-03-19 1970-03-05 Siemens Ag Keramischer Koerper aus ferroelektrischem Material mit Perowskitstruktur,der teilweise p- und teilweise n-leitend ist
DE1646987A1 (de) * 1965-03-19 1970-03-05 Siemens Ag Keramischer Koerper aus ferroelektrischem Material mit Perowskitstruktur,der teilweise p- und teilweise n-leitend ist
DE1646822A1 (de) * 1966-12-19 1971-09-02 Nippon Telegraph & Telephone Verfahren zur Herstellung von keramischen Materialien mit hoher Dielektrizitaetskonstante
DE1614605A1 (de) * 1967-09-20 1972-03-02 Siemens Ag Kondensatordielektrikum mit inneren Sperrschichten und geringer Temperaturabhaengigkeit

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1117766B (de) * 1959-02-21 1961-11-23 Rosenthal Isolatoren Ges Mit B Keramisches Kondensatordielektrikum mit hoher Dielektrizitaetskonstante und geringerTemperaturabhaengigkeit
FR1279571A (fr) * 1960-04-29 1961-12-22 Siemens Ag Condensateur céramique à couche d'arrêt et procédé de fabrication

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2277733A (en) * 1939-04-27 1942-03-31 Titanium Alloy Mfg Co Dielectric material and method of making the same
GB1047057A (en) * 1963-02-22 1966-11-02 Nippon Telegraph & Telephone Improvements in or relating to dielectric materials
DE1646988A1 (de) * 1965-03-19 1970-03-05 Siemens Ag Keramischer Koerper aus ferroelektrischem Material mit Perowskitstruktur,der teilweise p- und teilweise n-leitend ist
DE1646987A1 (de) * 1965-03-19 1970-03-05 Siemens Ag Keramischer Koerper aus ferroelektrischem Material mit Perowskitstruktur,der teilweise p- und teilweise n-leitend ist
DE1646822A1 (de) * 1966-12-19 1971-09-02 Nippon Telegraph & Telephone Verfahren zur Herstellung von keramischen Materialien mit hoher Dielektrizitaetskonstante
DE1614605A1 (de) * 1967-09-20 1972-03-02 Siemens Ag Kondensatordielektrikum mit inneren Sperrschichten und geringer Temperaturabhaengigkeit

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Solid-State Electronics, 1973, Vol. 16, S. 623-628 *
Solid-State Electronics, 1974, Vol. 17, S. 1013-1019 *
Zeitschrift für angewandte Physik, 1967, Bd. 23, H. 6, S. 373-376 *
Zeitschrift für angewandte Physik, 1970, Bd. 29, H. 5, S. 282-287 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2942187A1 (de) * 1978-10-20 1980-04-30 Tdk Electronics Co Ltd Nichtlineares dielektrisches element

Also Published As

Publication number Publication date
IT1082238B (it) 1985-05-21
JPS5317961A (en) 1978-02-18
GB1527060A (en) 1978-10-04
ATA527077A (de) 1979-11-15
FR2360997A1 (fr) 1978-03-03
DE2634896C2 (de) 1985-08-14
AT357240B (de) 1980-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2433661C3 (de) Halbleiterkeramik mit Zwischenkornisolation
DE112007002865B4 (de) Dielektrische Keramik und diese verwendender Mehrschicht-Keramikkondensator
DE69516045T2 (de) Keramischer Mehrschichtkondensator und Herstellungsverfahren
DE2702071C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Kondensatorkeramik auf Strontiumtitanatbasis
EP0351004B1 (de) Nichtlinearer spannungsabhängiger Widerstand
DE3785506T2 (de) Halbleitende keramische zusammensetzung, sowie kondensator aus halbleitender keramik.
DE1614605B2 (de) Kondensatordielektrikum mit inneren Sperrschichten und geringerer Temperaturabhängigkeit
DE2737080A1 (de) Nicht-reduzierende dielektrische keramikmassen
DE1646988B2 (de) Verfahren zum herstellen polykristalliner scheiben-, stabrohr- oder folienfoermiger keramischer kaltleiter- bzw. dielektrikums- bzw. heissleiterkoerper
DE2634896A1 (de) Kondensatordielektrikum mit inneren sperrschichten und verfahren zu seiner herstellung
DE112013005662T5 (de) Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik, Pietokeramik und piezoelektrisches Element
DE2641701C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kondensatordielektrikums mit inneren Sperrschichten
DE3037968A1 (de) Halbleiter-keramik-kondensator vom grenzschicht-typ
DE69201108T2 (de) Keramischer Kondensator und sein Herstellungsverfahren.
DE2659672A1 (de) Kondensatordielektrikum mit inneren sperrschichten und verfahren zu seiner herstellung
EP0089550A2 (de) Monolithischer Kondensator und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2909098B2 (de) Sinterkörper aus halbleitendem keramischem Material auf Basis von mit Niob oder Tantal dotiertem Strontiumtitanat mit einer elektrisch isolierenden Schicht an den Korngrenzen
DE69021809T2 (de) Verfahren zur herstellung keramischer kondensatoren mit varistor-kennzeichen.
DE102008046858A1 (de) Keramikmaterial, Verfahren zur Herstellung eines Keramikmaterials, elektrokeramisches Bauelement umfassend das Keramikmaterial
DE2753766A1 (de) Verfahren zur gezielten einstellung der elektrischen eigenschaften keramischer kaltleiterkoerper
DE3212071A1 (de) Dielektrischer koerper vom intergranularen isoliertyp und verfahren zur herstellung desselben
EP0066333B1 (de) Nichtlinearer Widerstand und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2929764C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines keramischen Dielektrikums
DE3541517C2 (de)
DE3121289A1 (de) Spannungsabhaengiger widerstand und verfahren zu seiner herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
OAP Request for examination filed
OD Request for examination
8120 Willingness to grant licences paragraph 23
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee