JP2000331877A - セラミックコンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
セラミックコンデンサおよびその製造方法Info
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Abstract
する薄膜セラミックコンデンサを提供する。 【解決手段】 少なくとも表面にTi元素を有しかつ電
極となる基板と、基板上に水熱合成法で形成されたペロ
ブスカイト型酸化物からなる誘電体層と、その上に形成
された電極を有するコンデンサにおいて、前記誘電体層
の一部が少なくとも水熱合成法で形成されたMnを含む
PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)層を含むセラミックコ
ンデンサに関する。
Description
されたペロブスカイト型複合酸化物からなる誘電体層を
含むセラミックコンデンサに関するものであり、詳しく
は、耐電圧を向上させた薄膜セラミックコンデンサに関
する。
は、静電容量を低下させることなく、小型化することが
進められている。静電容量を大きくするためには、誘電
率を大きくし、厚さを小さくすることが必要であり、そ
のため、誘電体材料として誘電率の大きなペロブスカイ
ト型セラミック材料が使われ、薄膜の形成方法の一つと
して、アルカリ水溶液中で薄膜化する水熱合成法が、小
型で大容量のコンデンサが容易に製造できるという理由
から、いくつか提案されている。
は、固相法のように自由に組成を制御したり、目的とす
る成分からなる薄膜を形成することは難しく、その開発
が種々進められている。
したセラミック薄膜コンデンサとして、以下の通り開示
されている。
は、チタンからなる陽極体上に、水熱電気化学的にチタ
ン酸バリウムからなる誘電体を形成したコンデンサが開
示されている。
チタン又はジルコニウム基板をアルカリ水溶液中で水熱
反応させ、SrTiO3、BaTiO3、PbTiO
3、PbZrO3、PZTの薄膜を形成し、コンデンサ
とする方法が開示されている。
平7−86076号公報にも、Ti基板または酸化チタ
ン基板上にBaTiO3、SrTiO3薄膜を形成して
コンデンサとし、その特性を開示している。
ンサとして使用する場合、静電容量と共に、耐電圧がそ
の使用上重要な特性となる。特に、薄膜を使用する場
合、静電容量を大きくしようとすると、厚さが小さくな
り、コンデンサの破壊電圧が下がってしまい、実用上問
題となる。上記の公報で開示されているような水熱合成
の材料では、誘電体膜の生成は、Ti又はZr等の基板
の中にBa、Sr等が進入して、反応する機構で進行す
るため、生成した薄膜は緻密なものでなく、絶縁破壊が
起こり易いという問題がある。
薄膜を利用した、誘電率を犠牲にすることなく耐電圧の
高いコンデンサを提供することを目的とする。
高く、かつ耐電圧の高い誘電体材料の水熱合成を種々検
討した結果、本発明を創生するに至った。
しかつ電極となる基板と、基板上に水熱合成法で形成さ
れたペロブスカイト型酸化物からなる誘電体層と、その
上に形成された電極を有するコンデンサにおいて、前記
誘電体層の一部が少なくとも水熱合成法で形成されたM
nを含むPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)層を含むこと
を特徴とするセラミックコンデンサに関する。本発明に
おいて、前記誘電体層がさらに少なくとも水熱合成法で
形成されたPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)層を含むこ
とが好ましい。本発明において、前記誘電体層がさらに
少なくとも水熱合成法で形成されたPSZT(チタン酸
ジルコン酸ストロンチウム鉛)層を含むことが好まし
い。また、本発明は、少なくとも表面にTi元素を有す
る基板またはペロブスカイト型誘電体層を有する基板
を、Pbイオン、Zrイオン、TiイオンおよびMnイ
オンを含むアルカリ水溶液中で80〜200℃の温度で
加熱し、基板上にMnを含有したPZT(チタン酸ジル
コン酸鉛)薄膜を形成することを特徴とするセラミック
コンデンサの製造方法に関する。
は、電極となる基板と、基板上に水熱合成法で形成され
たペロブスカイト型複合酸化物からなる誘電体層と、そ
の上に形成された電極を有するコンデンサにおいて、誘
電体層が少なくとも水熱合成法で形成されたMnを含む
PZT層を含むことを特徴とする。
薄膜は、従来の水熱合成法により形成された誘電体薄膜
より耐電圧が高く、また、誘電率も比較的高いため、薄
膜のコンデンサとして有用である。
熱合成により得られる他の薄膜と組み合わせても、組み
合わせる薄膜の特性に応じて好適なコンデンサを形成す
ることができる。
誘電率の高いPZT層と組み合わせると、製造が容易で
誘電率の高くかつ高耐電圧のある薄膜セラミックコンデ
ンサとすることができる。
トロンチウム鉛、Pb1−xSrxZr1−yTiyO
3(0<x≦1、0≦y<1))は、Ti上に緻密に薄
膜を形成することができるため、PSZT層とMnを含
むPZT層と組み合わせて、薄膜セラミックコンデンサ
とすると、基板との密着性が良く、緻密な誘電体層を有
する耐電圧の高い薄膜セラミックコンデンサが得られ
る。
i等の基板上に、PSZT層を形成し、その上にPZT
層、さらにMnを含むPZT層を形成することもでき、
その結果、緻密で、誘電率が高く、高耐電圧も備えた誘
電体層を有する薄膜セラミックコンデンサを容易に製造
することができる。
i元素を含有する金属基板、または少なくともTi元素
をわずかでも表面に有する基板、またはTi元素を含有
するチタン複合酸化物を表面に有する基板であればよ
く、水熱合成のアルカリ溶液で安定なものであれば、無
機材料、有機材料等を問わない。ただし、基板表面の層
の導電性がなく、電極として十分でない場合、その下に
電極となる導電性の層を含むことが必要である。このよ
うな材料としては、Ni、Cu、Pt、Au等がある。
は、メッキ法、スパッタ法、蒸着法および焼付法等があ
る。
は、以下のようにして行う。
たはPZT等のペロブスカイト層を形成した基板を、P
bイオン、Zrイオン、Tiイオン及びMnイオンを含
むアルカリ水溶液中で加熱することにより、基板上にM
nを含むPZT膜が形成される。Pb、Zr、Ti及び
Mnの各イオンを含む原料化合物としては、アルカリ溶
液中でイオンになるものであれば、何でも良いが、例え
ば、Pb(NO3)2、ZrOCl2、TiCl4、MnC
l2等がある。Pbの濃度は、50mmol/l〜50
0mmol/l、ZrまたはTiの濃度は0mmol/
l〜500mmol/l、Mnの濃度は0.01〜10
0mmol/lの範囲であればよく、反応温度は、50
〜250℃の範囲であればよく、実用的には、80〜2
00℃の範囲が好ましい。アルカリ水溶液とするため、
NaOH、KOH等を使用することもできる。アルカリ
が強いほど結晶化し易く、pH12以上が好ましい。水
熱処理における加熱方法は油浴や電気炉等による。その
後、一般的な洗浄を行う。例えば、純水中で超音波洗浄
を行い、100〜200℃で2時間以上乾燥させる。洗
浄には酢酸等の有機酸、硝酸、硫酸等の使用もできる。
のようにして行う。Pb(NO3)2水溶液50mmo
l/l〜500mmol/l、ZrOCl2水溶液0m
mol/l〜500mmol/l、TiCl4水溶液0
mmol/l〜500mmol/lおよびKOH水溶液
100mmol/l〜8000mmol/lの混合溶液
中に、少なくとも表面にTi元素を有する基板または、
PSZT等のペロブスカイト層を形成した基板を任意の
場所に設置固定し、80〜200℃、好ましくは100
〜160℃、さらに好ましくは120〜160℃で1分
以上、好ましくは10分以上水熱処理を行う。これより
基板上にPZT圧電結晶膜が形成される。
下のようにして行う。
を、Pbイオン、Srイオン、Zrイオン、Tiイオン
を含むアルカリ水溶液中で加熱することにより、基板上
にPSZT膜が形成される。Pb、Sr、Zr、Tiの
各イオンを含む原料化合物としては、アルカリ溶液中で
イオンになるものであれば、何でも良いが、例えば、P
b(NO3)2、Sr(NO3)2、ZrOCl2、TiC
l4等がある。PbおよびSrの濃度は、50〜500
mmol/l、Zrの濃度は10〜500mmol/
l、Tiの濃度は0〜500mmol/lの範囲であれ
ばよく、反応温度は、80〜200℃、好ましくは10
0〜160℃の範囲であればよい。アルカリ水溶液とす
るため、NaOH、KOH等を使用することもできる。
アルカリが強いほど結晶化し易く、pH12以上が好ま
しい。KOHを使用する場合、100〜8000mmo
l/lの濃度で使用すると緻密な膜ができ、好ましい。
誘電体膜を含む場合は、上記基板の代わりに、誘電体層
を形成した基板を使用して、上記の製造方法を順に実行
することにより、誘電体層の上に他の誘電体層を形成
し、目的とするコンデンサを製造できる。
法、蒸着法および焼付法等の方法によって、上部電極を
形成することにより、本発明のコンデンサを得る。
明する。
し、硝酸鉛0.22mol/l、オキシ塩化ジルコニウ
ム0.10mol/l、四塩化チタン0.10mol/
l、塩化マンガン0.003mol/lおよび水酸化カ
リウム2.04mol/lの混合水溶液中、130℃で
4時間反応させた。その結果、Ti基板表面上に2.0
μmの厚みのMn含有Pb(Zr,Ti)O3薄膜を得
た。得られたMn含有Pb(Zr,Ti)O3薄膜のX
線回折パターンを図1に、Mn含有Pb(Zr,Ti)
O3薄膜のSEM写真を図2に示す。得られたMn含有
Pb(Zr,Ti)O3薄膜の比誘電率は約1200で
あった。また、耐電圧は、約30kV/mmであった。
にTi基板(50μm)を浸漬し、160℃で48時間
反応させ、厚さ0.2μmのBaTiO3膜(BT膜)
を得た。この膜の比誘電率は約200であり、また耐電
圧は約12kV/mmであった。
で、厚さ0.2μmのSrTiO3膜(ST膜)を形成
した。この膜の比誘電率は約150であり、また耐電圧
は、約9kV/mmであった。
し、水酸化鉛0.1mol/l、オキシ塩化ジルコニウ
ム0.053mol/l、四塩化チタン0.001mo
l/lおよび水酸化カリウム1.5mol/lの混合水
溶液中、160℃で4時間反応させた。その結果、Ti
基板表面上に2.5μmの厚みのPb(Zr,Ti)O
3薄膜を得た。得られたPb(Zr,Ti)O3薄膜
(PZT薄膜)の比誘電率は約1000であった。ま
た、耐電圧は、約21kV/mmであった。
し、水酸化鉛0.19mol/l、水酸化ストロンチウ
ム0.01mol/l、オキシ塩化ジルコニウム0.0
5mol/l、四塩化チタン0.05mol/lおよび
水酸化カリウム2.2mol/lの混合水溶液中、15
0℃で2時間反応させた。その結果、Ti基板表面上に
1.0μmの厚みの(Pb,Sr)(Zr,Ti)O3
薄膜を得た。次にこの基板を、水酸化鉛0.33mol
/l、オキシ塩化ジルコニウム0.15mol/l、四
塩化チタン0.15mol/l、塩化マンガン0.00
6mol/lおよび水酸化カリウム3.06mol/l
の混合溶液中、130℃で4時間反応させた。その結
果、(Pb,Sr)(Zr,Ti)O3薄膜上に2.0
μm厚みのMnを含むPb(Zr,Ti)O3薄膜を得
た。得られたMn含有PZT/PSZT/Ti複合体の
表面にAuのスパッタによって電極を形成し、特性を測
定したところ、比誘電率は約1100であった。またこ
の耐電圧は、約40kV/mmであった。比誘電率も高
く、耐電圧が改良されたコンデンサが可能になった。表
1に得られたMn含有PZT/PSZT/Ti複合体の
誘電特性の周波数変化を示す。表1から誘電特性の対周
波数変化率が優れることががわかる。また表2に得られ
たMn含有PZT/PSZT/Ti複合体のDCバイア
ス特性を示す。表2から誘電特性の対DCバイアス特性
が優れることががわかる。
一覧表にすると表3のようになる。このことから、Ba
TiO3、SrTiO3及びPZT等の従来の材料に比
べ、誘電率、耐電圧ともにを大きく向上させることがで
きることがわかる。また、PZT、BaTiO3、及び
SrTiO3等の他の組成物との複合化も可能であるこ
とがわかる。その際、PSZTを基板のすぐ上に形成す
ると、基板との密着性が良く、緻密な誘電体層を有する
コンデンサを製造することができる。
製する方法を開発し、この方法で作製したMnを含むP
ZT薄膜をコンデンサの誘電体層に使用することによ
り、薄膜で、高い静電容量を示し、かつ、高い耐電圧を
有するコンデンサを容易に製造することが可能になっ
た。
ZT薄膜のX線回折図である。
ZT薄膜の表面状態を示す図面に代わるSEM写真であ
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 少なくとも表面にTi元素を有しかつ電
極となる基板と、基板上に水熱合成法で形成されたペロ
ブスカイト型酸化物からなる誘電体層と、その上に形成
された電極を有するコンデンサにおいて、前記誘電体層
の一部が少なくとも水熱合成法で形成されたMnを含む
PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)層を含むことを特徴と
するセラミックコンデンサ。 - 【請求項2】 誘電体層が少なくとも水熱合成法で形成
されたPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)層を含むことを
特徴とする請求項1記載のセラミックコンデンサ。 - 【請求項3】 誘電体層が少なくとも水熱合成法で形成
されたPSZT(チタン酸ジルコン酸ストロンチウム
鉛)層を含むことを特徴とする請求項1または請求項2
記載のセラミックコンデンサ。 - 【請求項4】 少なくとも表面にTi元素を有する基板
またはペロブスカイト型誘電体層を有する基板を、Pb
イオン、Zrイオン、TiイオンおよびMnイオンを含
むアルカリ水溶液中で80〜200℃の温度で加熱し、
基板上にMnを含有したPZT(チタン酸ジルコン酸
鉛)薄膜を形成することを特徴とするセラミックコンデ
ンサの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14322399A JP4058843B2 (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | セラミックコンデンサおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2000331877A true JP2000331877A (ja) | 2000-11-30 |
JP4058843B2 JP4058843B2 (ja) | 2008-03-12 |
Family
ID=15333766
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP14322399A Expired - Lifetime JP4058843B2 (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | セラミックコンデンサおよびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007029789A1 (ja) * | 2005-09-08 | 2007-03-15 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | プリント配線板の内蔵キャパシタ回路に適したpzt系誘電層の形成方法 |
WO2008047000A2 (fr) * | 2006-10-19 | 2008-04-24 | Commissariat A L'energie Atomique | Condensateur a films minces a stabilite elevee et procede de fabrication |
FR2907593A1 (fr) * | 2007-02-26 | 2008-04-25 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'un condensateur a stabilite elevee. |
-
1999
- 1999-05-24 JP JP14322399A patent/JP4058843B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2007029789A1 (ja) * | 2005-09-08 | 2007-03-15 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | プリント配線板の内蔵キャパシタ回路に適したpzt系誘電層の形成方法 |
WO2008047000A2 (fr) * | 2006-10-19 | 2008-04-24 | Commissariat A L'energie Atomique | Condensateur a films minces a stabilite elevee et procede de fabrication |
WO2008047000A3 (fr) * | 2006-10-19 | 2008-06-19 | Commissariat Energie Atomique | Condensateur a films minces a stabilite elevee et procede de fabrication |
US8169771B2 (en) | 2006-10-19 | 2012-05-01 | Commissariat A L'energie Atomique | High-stability thin-film capacitor and method for making the same |
FR2907593A1 (fr) * | 2007-02-26 | 2008-04-25 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'un condensateur a stabilite elevee. |
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