JP2001048643A - 半導体磁器および半導体磁器素子 - Google Patents
半導体磁器および半導体磁器素子Info
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- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 チタン酸バリウムを主成分とし、正の抵抗温
度係数を有する半導体磁器からなる素体とこの素体上に
形成された電極とを備える、半導体磁器素子において、
９％／℃の抵抗温度係数、３．５Ω・ｃｍ以下の比抵抗
および５０Ｖ／ｍｍ以上の静耐圧を実現できるようにす
る。 【解決手段】 たとえば正特性サーミスタ素子１に備え
る素体２を構成する半導体磁器として、チタン酸バリウ
ムを主成分とし、平均結晶粒子径が７〜１２μｍであ
り、Ｎａを重量比率で７０ｐｐｍｍ以下の含有量をもっ
て含有する、正の抵抗温度係数を有する半導体磁器を用
いる。
度係数を有する半導体磁器からなる素体とこの素体上に
形成された電極とを備える、半導体磁器素子において、
９％／℃の抵抗温度係数、３．５Ω・ｃｍ以下の比抵抗
および５０Ｖ／ｍｍ以上の静耐圧を実現できるようにす
る。 【解決手段】 たとえば正特性サーミスタ素子１に備え
る素体２を構成する半導体磁器として、チタン酸バリウ
ムを主成分とし、平均結晶粒子径が７〜１２μｍであ
り、Ｎａを重量比率で７０ｐｐｍｍ以下の含有量をもっ
て含有する、正の抵抗温度係数を有する半導体磁器を用
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、正の抵抗温度係
数を有するチタン酸バリウム系の半導体磁器、および、
これを用いて構成された半導体磁器素子に関するもので
ある。
数を有するチタン酸バリウム系の半導体磁器、および、
これを用いて構成された半導体磁器素子に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】チタン酸バリウム系の半導体磁器は、常
温では比抵抗が小さく、ある温度（キュリー温度）を超
えると急激に抵抗が上昇するという、正の抵抗温度特性
（ＰＴＣ特性）を有しており、温度制御、電流制御、定
温度発熱等の用途に広く用いられている。中でも、回路
用として用いられている過電流保護素子では、小型で高
耐圧を実現しながら、より低比抵抗化されることが要望
されている。
温では比抵抗が小さく、ある温度（キュリー温度）を超
えると急激に抵抗が上昇するという、正の抵抗温度特性
（ＰＴＣ特性）を有しており、温度制御、電流制御、定
温度発熱等の用途に広く用いられている。中でも、回路
用として用いられている過電流保護素子では、小型で高
耐圧を実現しながら、より低比抵抗化されることが要望
されている。
【０００３】この発明にとって興味ある従来技術とし
て、特開平８−２１７５３６号公報に記載されたものが
ある。この従来技術では、チタン酸バリウム系の半導体
磁器組成物に含まれるＮａの添加量に着目しており、チ
タン酸バリウム系半導体磁器組成物に、０．０００５〜
０．０２重量％のＮａを添加することによって、比抵抗
の調整を行なうことができる、とされている。すなわ
ち、この従来技術は、仮焼温度の変動により仮焼材料の
比抵抗値が変化した場合に、Ｎａの添加量を０．０００
５〜０．０２重量％の範囲で調整することにより、本焼
成温度を変えることなく、最終的な半導体磁器組成物の
比抵抗値を調整しようとするものである。
て、特開平８−２１７５３６号公報に記載されたものが
ある。この従来技術では、チタン酸バリウム系の半導体
磁器組成物に含まれるＮａの添加量に着目しており、チ
タン酸バリウム系半導体磁器組成物に、０．０００５〜
０．０２重量％のＮａを添加することによって、比抵抗
の調整を行なうことができる、とされている。すなわ
ち、この従来技術は、仮焼温度の変動により仮焼材料の
比抵抗値が変化した場合に、Ｎａの添加量を０．０００
５〜０．０２重量％の範囲で調整することにより、本焼
成温度を変えることなく、最終的な半導体磁器組成物の
比抵抗値を調整しようとするものである。
【０００４】また、この公報には、０．０３重量％以上
のＮａを添加することによって、破壊電圧の低下がもた
らされる、と記載されている。
のＮａを添加することによって、破壊電圧の低下がもた
らされる、と記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術を記載
する公報では、半導体磁器に含まれる結晶の粒子径につ
いては何ら言及されていない。
する公報では、半導体磁器に含まれる結晶の粒子径につ
いては何ら言及されていない。
【０００６】しかしながら、半導体磁器において、比抵
抗をより低くし、かつ耐圧をより高くするという要望に
注目したとき、上述のようなＮａの含有量を調整するだ
けでは、所望の比抵抗および耐圧を必ずしも得ることが
できないことが本件発明者によって見出された。
抗をより低くし、かつ耐圧をより高くするという要望に
注目したとき、上述のようなＮａの含有量を調整するだ
けでは、所望の比抵抗および耐圧を必ずしも得ることが
できないことが本件発明者によって見出された。
【０００７】そこで、この発明の目的は、低比抵抗化お
よび高耐圧化を図ることができるとともに、高い抵抗温
度係数を有する、半導体磁器、およびこの半導体磁器を
用いて構成された半導体磁器素子を提供しようとするこ
とである。
よび高耐圧化を図ることができるとともに、高い抵抗温
度係数を有する、半導体磁器、およびこの半導体磁器を
用いて構成された半導体磁器素子を提供しようとするこ
とである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体磁
器は、チタン酸バリウムを主成分とし、Ｎａを含有す
る、正の抵抗温度係数を有するものであるが、上述した
技術的課題を解決するため、その平均結晶粒子径が７〜
１２μｍであり、かつＮａを重量比率で７０ｐｐｍ以下
の含有量をもって含有することを特徴としている。
器は、チタン酸バリウムを主成分とし、Ｎａを含有す
る、正の抵抗温度係数を有するものであるが、上述した
技術的課題を解決するため、その平均結晶粒子径が７〜
１２μｍであり、かつＮａを重量比率で７０ｐｐｍ以下
の含有量をもって含有することを特徴としている。
【０００９】この発明は、また、上述のような半導体磁
器からなる素体とこの素体上に形成された電極とを備え
る、半導体磁器素子にも向けられる。
器からなる素体とこの素体上に形成された電極とを備え
る、半導体磁器素子にも向けられる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施形態に
よる半導体磁器素子の一例としての正特性サーミスタ素
子１を示す断面図である。
よる半導体磁器素子の一例としての正特性サーミスタ素
子１を示す断面図である。
【００１１】正特性サーミスタ素子１は、正の抵抗温度
係数を有する半導体磁器からなる素体２を備えている。
素体２は、たとえば円板状であり、その両主面上には、
電極３および４が形成されている。
係数を有する半導体磁器からなる素体２を備えている。
素体２は、たとえば円板状であり、その両主面上には、
電極３および４が形成されている。
【００１２】このような正特性サーミスタ素子１におい
て、素体２を構成する半導体磁器は、チタン酸バリウム
を主成分とし、平均結晶粒子径が７〜１２μｍであり、
かつＮａを重量比率で７０ｐｐｍ以下の含有量をもって
含有するものが用いられる。また、電極３および４とし
ては、ＩｎーＧａ電極が適用される。
て、素体２を構成する半導体磁器は、チタン酸バリウム
を主成分とし、平均結晶粒子径が７〜１２μｍであり、
かつＮａを重量比率で７０ｐｐｍ以下の含有量をもって
含有するものが用いられる。また、電極３および４とし
ては、ＩｎーＧａ電極が適用される。
【００１３】上述のような平均結晶粒子径およびＮａ含
有量を有する半導体磁器を素体２において用いることに
より、抵抗温度係数が比較的高く、また、比較的低い比
抵抗および比較的高い耐圧を有する正特性サーミスタ素
子１を得ることができる。
有量を有する半導体磁器を素体２において用いることに
より、抵抗温度係数が比較的高く、また、比較的低い比
抵抗および比較的高い耐圧を有する正特性サーミスタ素
子１を得ることができる。
【００１４】以下に、このような効果を確認するために
実施した実験例に基づき、この発明をさらに具体的に説
明する。
実施した実験例に基づき、この発明をさらに具体的に説
明する。
【００１５】
【実験例】正特性サーミスタ素子の素体となるべきチタ
ン酸バリウムを主成分とする半導体磁器を得るため、種
々のＮａ不純物量を有するＢａＣＯ3 、ＴｉＯ2 、Ｐｂ
Ｏ、ＳｒＣＯ3 、ＣａＣＯ3 、Ｓｍ2 Ｏ3 、ＭｎＣＯ3
およびＳｉＯ2 を用意し、これらを所定の組成比になる
ように調合し、湿式混合した。この混合物を、次いで、
脱水し、乾燥し、１１５０℃で仮焼した後、バインダを
混合して、造粒粒子を得た。
ン酸バリウムを主成分とする半導体磁器を得るため、種
々のＮａ不純物量を有するＢａＣＯ3 、ＴｉＯ2 、Ｐｂ
Ｏ、ＳｒＣＯ3 、ＣａＣＯ3 、Ｓｍ2 Ｏ3 、ＭｎＣＯ3
およびＳｉＯ2 を用意し、これらを所定の組成比になる
ように調合し、湿式混合した。この混合物を、次いで、
脱水し、乾燥し、１１５０℃で仮焼した後、バインダを
混合して、造粒粒子を得た。
【００１６】次いで、この造粒粒子を１軸プレス成形
し、Ｈ2 ／Ｎ2 還元雰囲気中またはＮ 2 中性雰囲気中に
て、１３５０℃の温度で焼成した後、１１５０℃の温度
で酸化処理を行なった。
し、Ｈ2 ／Ｎ2 還元雰囲気中またはＮ 2 中性雰囲気中に
て、１３５０℃の温度で焼成した後、１１５０℃の温度
で酸化処理を行なった。
【００１７】このような工程を経て、表１に示すような
種々の平均結晶粒子径およびＮａ含有量を有する、厚さ
０．５ｍｍおよび直径１１．０ｍｍの円板状の半導体磁
器焼結体からなる素体を得た。なお、結晶粒子径は、得
られた素体表面の走査型電子顕微鏡写真を撮影し、セク
ション法によって求めたものである。また、Ｎａ含有量
は、原子吸光分析によって定量したものである。
種々の平均結晶粒子径およびＮａ含有量を有する、厚さ
０．５ｍｍおよび直径１１．０ｍｍの円板状の半導体磁
器焼結体からなる素体を得た。なお、結晶粒子径は、得
られた素体表面の走査型電子顕微鏡写真を撮影し、セク
ション法によって求めたものである。また、Ｎａ含有量
は、原子吸光分析によって定量したものである。
【００１８】さらに、これら表１に示す各試料の電気的
特性を評価するため、素体の両主面上にＩｎーＧａ電極
を形成し、室温比抵抗（ρ25）、静耐圧および抵抗温度
係数（α）を求めた。なお、抵抗温度係数（α）は、 α＝［ｌｎ（ρ2 ／ρ1 ）／（Ｔ2 ーＴ1 ）］×１００
（％／℃） の式に基づき求められるもので、ρ1 およびＴ1 は、そ
れぞれ、ρ25の１０倍の比抵抗値およびその時の温度、
ρ2 およびＴ2 は、それぞれ、ρ25の１００倍の比抵抗
値およびその時の温度を示している。
特性を評価するため、素体の両主面上にＩｎーＧａ電極
を形成し、室温比抵抗（ρ25）、静耐圧および抵抗温度
係数（α）を求めた。なお、抵抗温度係数（α）は、 α＝［ｌｎ（ρ2 ／ρ1 ）／（Ｔ2 ーＴ1 ）］×１００
（％／℃） の式に基づき求められるもので、ρ1 およびＴ1 は、そ
れぞれ、ρ25の１０倍の比抵抗値およびその時の温度、
ρ2 およびＴ2 は、それぞれ、ρ25の１００倍の比抵抗
値およびその時の温度を示している。
【００１９】これら室温比抵抗、静耐圧および抵抗温度
係数が表１に示されている。
係数が表１に示されている。
【００２０】
【表１】
【００２１】表１において、試料番号に※を付したもの
は、この発明の範囲外のものである。
は、この発明の範囲外のものである。
【００２２】この発明の範囲内にある試料２〜４、６、
９〜１３、１７および１８によれば、平均結晶粒子径が
７〜１２μｍであり、Ｎａ含有量が重量比率で７０ｐｐ
ｍ以下であるので、比抵抗値が３．５Ω・ｃｍ以下で、
かつ静耐圧が５０Ｖ／ｍｍ以上であって、室温比抵抗が
９％／℃以上の値を示す正特性サーミスタ素子を得るこ
とができる。
９〜１３、１７および１８によれば、平均結晶粒子径が
７〜１２μｍであり、Ｎａ含有量が重量比率で７０ｐｐ
ｍ以下であるので、比抵抗値が３．５Ω・ｃｍ以下で、
かつ静耐圧が５０Ｖ／ｍｍ以上であって、室温比抵抗が
９％／℃以上の値を示す正特性サーミスタ素子を得るこ
とができる。
【００２３】これに対して、平均結晶粒子径が７μｍ未
満になると、比抵抗の上昇につながり、逆に、平均結晶
粒子径が１２μｍを超えて大きくなると、静耐圧の低下
につながる。より具体的には、試料１、７、８、１５お
よび２０のように、平均結晶粒子径が７μｍ未満となる
と、比抵抗が３．５Ω・ｃｍを超える。逆に、試料５、
１４、１９、および２６のように、平均結晶粒子径が１
２μｍを超えると、５０Ｖ／ｍｍ未満の静耐圧しか示さ
なくなる。
満になると、比抵抗の上昇につながり、逆に、平均結晶
粒子径が１２μｍを超えて大きくなると、静耐圧の低下
につながる。より具体的には、試料１、７、８、１５お
よび２０のように、平均結晶粒子径が７μｍ未満となる
と、比抵抗が３．５Ω・ｃｍを超える。逆に、試料５、
１４、１９、および２６のように、平均結晶粒子径が１
２μｍを超えると、５０Ｖ／ｍｍ未満の静耐圧しか示さ
なくなる。
【００２４】また、Ｎａ含有量は、７０ｐｐｍを超えて
多くなると、比抵抗の上昇につながる。より具体的に
は、試料２０〜２５のように、Ｎａ含有量が７０ｐｐｍ
を超えると、３．５Ω・ｃｍを超える比抵抗を示すよう
になる。
多くなると、比抵抗の上昇につながる。より具体的に
は、試料２０〜２５のように、Ｎａ含有量が７０ｐｐｍ
を超えると、３．５Ω・ｃｍを超える比抵抗を示すよう
になる。
【００２５】このようなことから、素体を構成する半導
体磁器において、平均結晶粒子径およびＮａ含有量の双
方の条件が満足されることによって、３．５Ω・ｃｍ以
下の比抵抗および５０Ｖ／ｍｍ以上の静耐圧を実現でき
ることがわかる。
体磁器において、平均結晶粒子径およびＮａ含有量の双
方の条件が満足されることによって、３．５Ω・ｃｍ以
下の比抵抗および５０Ｖ／ｍｍ以上の静耐圧を実現でき
ることがわかる。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、この発明に係るチタン酸
バリウムを主成分とし、正の抵抗温度係数を有する半導
体磁器は、平均結晶粒子径が７〜１２μｍであり、Ｎａ
を重量比率で７０ｐｐｍ以下の含有量をもって含有して
いるので、この半導体磁器からなる素体とこの素体上に
形成された電極とを備える、半導体磁器素子によれば、
９％／℃以上の抵抗温度係数を与えながら、３．５Ω・
ｃｍ以下の比抵抗および５０Ｖ／ｍｍ以上の静耐圧を実
現することができる。
バリウムを主成分とし、正の抵抗温度係数を有する半導
体磁器は、平均結晶粒子径が７〜１２μｍであり、Ｎａ
を重量比率で７０ｐｐｍ以下の含有量をもって含有して
いるので、この半導体磁器からなる素体とこの素体上に
形成された電極とを備える、半導体磁器素子によれば、
９％／℃以上の抵抗温度係数を与えながら、３．５Ω・
ｃｍ以下の比抵抗および５０Ｖ／ｍｍ以上の静耐圧を実
現することができる。
【図１】この発明の一実施形態による半導体磁器素子の
一例としての正特性サーミスタ素子１を示す断面図であ
る。
一例としての正特性サーミスタ素子１を示す断面図であ
る。
１ 正特性サーミスタ素子 ２ 素体 ３，４ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広田 俊春 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 長尾 吉高 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 4G031 AA01 AA06 AA11 BA05 CA04 5E034 AA07 AA08 AA09 AC07 AC18 DA03 DC05 DE04
Claims (2)
- 【請求項１】 チタン酸バリウムを主成分とし、平均結
晶粒子径が７〜１２μｍであり、かつＮａを重量比率で
７０ｐｐｍ以下の含有量をもって含有する、正の抵抗温
度係数を有する半導体磁器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体磁器からなる素
体と前記素体上に形成された電極とを備える、半導体磁
器素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11227386A JP2001048643A (ja) | 1999-08-11 | 1999-08-11 | 半導体磁器および半導体磁器素子 |
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