JP2013515369A - バラクタ、およびバラクタを製造する方法 - Google Patents

Abstract

バラクタは、次の各構成要素を含んでおり、すなわち、抵抗に関して正の温度係数を有する第１のＰＴＣ領域（４）と、コンデンサ領域（３）とを含んでおり、該コンデンサ領域は、第１の電極（２）と、第２の電極（２’）と、第１の電極（２）と第２の電極（２’）との間に配置された第１の誘電性層（１）とを含んでおり、
第１のＰＴＣ層（４）とコンデンサ領域（３）は熱伝導式に相互に結合されており、コンデンサ領域（３）のキャパシタンスは、第１のＰＴＣ領域（４）、コンデンサ領域（３）、または第１のＰＴＣ領域（４）およびコンデンサ領域（３）へのバイアス電圧の印加によって変更可能である。

Description

請求項１に基づくバラクタが記載される。
バラクタの広く知られた問題の１つは、誘電性の観点から良好な同調可能性を実現することにある。

バラクタは、キャパシタンスが印加される電圧に依存して決まる、ないしは印加する電圧を変えることによってキャパシタンスを変更することができる、電圧同調可能なコンデンサである。たとえばバラクタは、たとえばフィルタや移相器のように電気的な同調が行われる高周波回路で適用されている。バラクタは、たとえば電気的に同調することができる、無線周波数のための周波数フィルタとして利用することができる。半導体ダイオードバラクタは、低いＱ値、低い耐久性、限られたキャパシタンス範囲しか有していない。それに対して、たとえばバイアス電圧の変更により強誘電性材料の誘電率を変えることによってキャパシタンスが同調される強誘電バラクタは、高いＱ率、高い耐久性と同時に、広いキャパシタンス範囲を有している。

本発明の実施形態の課題は、コンデンサ領域のキャパシタンスをさまざまに異なる仕方で変更することができるバラクタを提供することにある。

この課題は、請求項１に記載のバラクタによって解決される。バラクタのその他の実施形態、およびこれを製造する方法は、その他の従属請求項の対象となっている。

本発明の１つの実施形態はバラクタに関するものであり、次の各構成要素すなわち、
−抵抗に関して正の温度係数を有する第１のＰＴＣ領域と、
−コンデンサ領域とを含んでおり、該コンデンサ領域は、
−−第１の電極と、
−−第２の電極と、
−−第１の電極と第２の電極との間に配置された第１の誘電性層とを含んでおり、
第１のＰＴＣ層とコンデンサ領域は熱伝導式に相互に結合されており、コンデンサ領域のキャパシタンスは、
−第１のＰＴＣ領域、
−コンデンサ領域、
−第１のＰＴＣ領域およびコンデンサ領域、
へのバイアス電圧の印加によって変更可能である。

このような本発明によるバラクタでは、コンデンサ領域のキャパシタンスをさまざまに異なる仕方で変更することが可能である。このとき従来式のバラクタの場合と同じく、バイアス電圧をコンデンサ領域へ印加することができる。本発明の実施形態ではこれに加えて、ＰＴＣ領域へのバイアス電圧の印加によっても、コンデンサ領域のキャパシタンスを変更することが可能である。さらには、ＰＴＣ領域とコンデンサ領域の両方へそれぞれ独立した電圧を同時に印加することによって、コンデンサのキャパシタンスを変更することも可能である。このように、コンデンサ領域のキャパシタンスを変えるための３通りの選択肢が得られる。

ＰＴＣ領域へバイアス電圧を印加することで、当該領域の温度を制御することができる。ＰＴＣ領域がコンデンサ領域と熱伝導式に結合されており、そのようにして第１の誘電性層とも熱伝導式に結合されていることにより、ＰＴＣ領域でバイアス電圧により生成される熱が第１の誘電性層へと伝達される。第１の誘電性層の温度変化によって、たとえば第１の誘電性層の誘電率を変えることができ、このことは、コンデンサ領域のキャパシタンスの変化を帰結として伴う。

本発明の１つの実施形態では、第１のＰＴＣ領域は電圧の印加によって、第１の誘電性層が誘電性の観点から最大の同調可能性を有する温度に合わせて調整可能である。

ここで同調可能性ｎとは、たとえば０Ｖである最小のバイアス電圧（ε_Ｕｍｉｎ）と、最大のバイアス電圧（ε_Ｕｍａｘ）との間の誘電率εの差異を意味している。すなわち、バイアス電圧の印加によって第１の誘電性層の誘電率εに強い影響を及ぼすことができるほど、誘電性の観点からの同調可能性ｎは高くなる。このとき尽力する価値があるのは、できるだけ高い同調可能性を実現することである。本発明によるバラクタでは、第３の選択肢と組み合わせることができる、コンデンサ領域のキャパシタンスを変更する２つの別個の選択肢があることによって、バラクタを非常に広い範囲にわたって同調することができる。

本発明の別の実施形態では、第１のＰＴＣ領域は電圧の印加によって、コンデンサ領域の誘電損を調整可能である温度に合わせて調整可能である。

最大の同調可能性と並ぶさらに別の目的は、コンデンサ領域の誘電損δも調整できるようにすることにある。このとき誘電損δは、できるだけ小さい値になるように調整されるのがよい。

本発明の別の実施形態では、第１のＰＴＣ領域は電圧の印加によって、バラクタができるだけ高いＱ値を有する温度に合わせて調整可能である。

Ｑ−Ｆａｃｔｏｒとも呼ばれるＱ値Ｋは、たとえば振動性回路のように振動する系の特定の特性を表す目安である。Ｑ値は、特に、誘電損に対する同調可能性の比率を表している：Ｋ＝（１−ｎ）^２／［（ｎ・ｔａｎδ_{（Ｕｍａｘ）}・ｔａｎδ_{（Ｕｍｉｎ）}］ここで、ｎは、ｎ ＝ ε_Ｕｍｉｎ／ε_Ｕｍａｘにより得られる。

本発明の別の実施形態では、第１のＰＴＣ領域は第１の電極の上に配置されている。
「上に配置されている」とは、本発明との関連においては、これら両方の層／領域の間にさらに別の層／領域があってよいことを意味している。このとき第１のＰＴＣ領域でバイアス電圧の印加によって生成される熱は、たとえば非常に高い熱伝導性を有する材料で製作された第１の電極を介して、第１の誘電性層に伝達することができる。第１の電極は、そのためにたとえば金属を含むことができる。

本発明の別の実施形態では、第１のＰＴＣ領域は、抵抗に関して正の温度係数を有するセラミック材料で成り立っており、すなわち、第１のＰＴＣ領域全体がセラミック材料によって構成されている。

本発明の別の実施形態では、第１のＰＴＣ領域はドーピング物質を有している。
このドーピング物質はたとえばＰｂ、Ｃａ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｈｆ、またはこれらのイオンの組み合わせであってよい。ＰＴＣ領域にこのような元素をドーピングすることで、バイアス電圧の印加により実現することができる温度範囲を変えることができる。そのようにして、たとえばドーピングによって温度範囲を引き上げることができ、それにより、コンデンサ領域ないし第１の誘電性層へ伝達することができる熱を、いっそう多く生成することができる。

ドーピング物質は、たとえばＳｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびこれらの元素の組み合わせであってもよい。このような元素をドーピングすることで、たとえば収縮挙動や熱膨張係数といった焼結挙動に影響を及ぼすことができる。このとき第１のＰＴＣ領域の焼結挙動は、コンデンサ領域の焼結挙動に合わせて調整されるのが好ましい。

さらに第１のＰＴＣ領域は、遷移金属／遷移金属酸化物または希土類金属／希土類金属酸化物およびこれらの組み合わせでドーピングされていてもよい。

本発明の別の実施形態では、バラクタは、第１のＰＴＣ領域と第１の電極との間に配置され、ドーピング物質に対してほぼ不透過性である第１の中間層を追加的に含んでいる。

第１の中間層は、ドーピング物質に対して完全に不透過性であるのが好ましい。中間層が第１のＰＴＣ領域のドーピング物質に対してほぼ、ないしは完全に不透過性であることにより、焼結プロセス中にもバラクタの作動中にも、ドーピング物質が第１のＰＴＣ領域からコンデンサ領域に入れないことが第１の中間層によって保証される。このようにして、コンデンサ領域の機能性が第１のＰＴＣ領域のドーピング物質によって損なわれることがない。このとき第１の中間層は、たとえば２Ａ族に属する元素を含むことができる。このような元素は、たとえば酸化物として存在していてよい。第１の中間層は遷移金属でドーピングされていてよい。遷移金属は同じく酸化物として存在していてよい。２Ａ族に族する元素および遷移金属は、受容体の特性を有する化合物を形成するのが好ましい。

本発明の別の実施形態では、バラクタは、第１の中間層と第１の電極との間に配置された第２の誘電性層を追加的に含んでいる。

第２の誘電性層により、コンデンサ領域と第１の中間層との間でいっそう広い空間的分離が行われる。それによって特に、ＰＴＣ領域と中間層がコンデンサ領域に対して有害な影響を及ぼさないことを保証することができる。第２の誘電性層は、良好な熱伝導性を有しているのが好ましい。第２の誘電性層については、たとえば第１の誘電性層と同じ材料を用いることができる。第２の誘電性層は、第１の誘電性層と類似する焼結挙動を有しているのが好ましい。

本発明の別の実施形態では、バラクタは、コンデンサ領域と熱伝導式に結合された第２のＰＴＣ領域を含んでいる。

以上および以下において、第１のＰＴＣ領域についてたとえば材料の観点から、あるいはまた空間的配置の観点から説明する利点は、第２のＰＴＣ領域についてもこれに準じて同様に当てはまる。

本発明の別の実施形態では、バラクタは、第２のＰＴＣ領域と第２の電極との間に配置された第２の中間層を追加的に含んでいる。この第２の中間層は、第２のＰＴＣ領域のドーピング物質に対して相応にほぼ不透過性である。

本発明の別の実施形態では、バラクタは、第２の中間層と第２の電極との間に配置された第３の誘電性層を追加的に含んでいる。

第３の誘電性層については、第２の誘電性層との関連で説明したことに準ずる好ましい構成が当てはまる。

本発明の別の実施形態では、第１のＰＴＣ領域、第２のＰＴＣ領域、およびコンデンサ領域は積層を形成しており、第１のＰＴＣ領域と第２のＰＴＣ領域はコンデンサ領域の互いに向き合う側に配置されている。この積層は相上下して位置するセラミックフィルムを含んでいるのが好ましく、一番上および一番下のフィルムは第１および第２のコンデンサ領域の構成要素である。

それにより、コンデンサ領域に向かい合う２つの側から熱を供給することが可能である。そのようにして、コンデンサ領域をいっそう均等に加熱することができる。

本発明の別の実施形態では、第１のＰＴＣ領域は電気接触部を有している。
ここで電気接触部とは、コンデンサ領域の第１の電極を意味するのではない。たとえば外部電極である電気接触部を介して、コンデンサ領域に電圧を印加することなく、第１のＰＴＣ領域に電圧を印加することができる。それにより、コンデンサ領域から独立して第１のＰＴＣ領域に電圧を供給することができる。

本発明の別の実施形態では、第２のＰＴＣ領域は電気接触部を有している。
これについては、第１のＰＴＣ領域およびその接触部との関連で上に説明したのと同様のことが当てはまるが、この接触部は、第１のＰＴＣ領域の接触部とは別個に成形されていてよい。

別の実施形態では、第１の誘電性層は第１および第２の電極に加えて追加の電気接触部を有している。

これはたとえば外部電極であってよい。これを介して、コンデンサ領域の動作電圧から独立した電圧を第１の誘電性層に印加することができる。このような電気接触部を介して電圧を印加することで、たとえば第１の誘電性層の誘電性を同調させることができる。

本発明の別の実施形態では、第１のＰＴＣ領域はＢａ_１−ｘＳｒ_ｘＴｉ_１−ｙＺｒ_ｙＯ_３を含んでおり、このとき０＜ｘ＜１；０≦ｙ＜１が成り立つ。

上の説明に準じて、第１のＰＴＣ領域は追加的にドーピング物質を有することができる。

別の実施形態では、第２のＰＴＣ領域はＢａ_１−ｘＳｒ_ｘＴｉ_１−ｙＺｒ_ｙＯ_３を含んでおり、このとき０＜ｘ＜１；０≦ｙ＜１が成り立つ。

第２のＰＴＣ領域のドーピング物質についても、上に第１のＰＴＣ領域に関して説明したのと同様のことが当てはまる。

別の実施形態では、第１の誘電性層はＢａ_１−_ｘＳｒ_ｘＴｉ_１−_ｙＺｒ_ｙＯ_３を含んでおり、このとき０＜ｘ＜１；０≦ｙ＜１が成り立つ。

チタン酸バリウムないし相応にドーピングされたその派生物は、強誘電体であってよい。強誘電体と呼ばれるのは、外部の印加磁界がなくても分極を有している種類の材料である。強誘電体の特性は、特徴的な温度すなわちキュリー温度を上回ると消滅する。このような遷移のことを相転移と呼ぶ。この温度を超えると分極が消滅し、このときの物質を常誘電性と呼ぶ。強誘電性の状態にあるとき、正と負の電荷の中心は、たとえばアニオンとカチオンは、互いに相対的にシフトしている。たとえばチタン酸バリウムの場合、Ｔｉ^４＋は酸素イオンＯ^２−に対して相対的にシフトしている。１２０℃を上回るとチタン酸バリウムの強誘電性が消滅し、常誘電性の誘電体と同じように振るまう。

チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）では、三角面体の強誘電相から立方体の状誘電相への相転移がキュリー温度Ｔ_Ｃの領域で起こる。このとき厳密なキュリー温度Ｔ_Ｃは、チタン酸バリウムストロンチウムの厳密な組成すなわちドーピングに依存して決まる。

本発明の別の実施形態では、第１の誘電性層は次のイオンのうちの１つまたはこれらの組み合わせを含んでいる：Ｐｂ，Ｃａ，Ｓｎ，Ｚｒ，Ｓｒ，Ｂｉ，Ｈｆ。

第１の誘電性層のドーピングにより、相転移が起こるキュリー温度Ｔ_Ｃをシフトさせることができる。それにより、ＰＴＣ領域からの熱供給によって第１の誘電性層で達せられる温度領域へとキュリー温度Ｔ_Ｃをシフトさせることができる。このようにＰＴＣ領域への電圧の印加によって、およびその結果として生じて第１の誘電性層へ伝えられる熱によって、第１の誘電性層で相転移を引き起こすことができる。相転移を通じて、たとえば第１の誘電性層の誘電率εなどの強誘電特性ないし常誘電特性を変化させることができる。

本発明の別の実施形態では、第１の誘電性層は次のドーピング物質のうちの１つないしこれらの組み合わせを含んでいる：Ｎｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｎ。

このようなドーピング物質を第１の誘電性層にドーピングすることで、コンデンサ領域の誘電損を低減することができる。

本発明の別の実施形態では、第１の誘電性層は次のドーピング物質のうちの１つないしこれらの組み合わせを含んでいる：Ｓｉ，Ａｌ，Ｂ，Ｃｕ，Ｚｎ。

このようなドーピング物質を第１の誘電性層にドーピングすることで、たとえば第１の誘電性層の収縮挙動や熱膨張係数のような焼結挙動に影響を及ぼすことができる。バラクタのすべての誘電性層が、同等の焼結挙動を有しているのが好ましい。

誘電性層は異なるセラミック相の混合物で成り立っていてもよく、すなわち、たとえばペロブスカイト相と誘電率の低い別の誘電性セラミック、たとえばジルコン酸塩、ケイ酸塩、チタン酸塩、アルミン酸塩、スズ酸塩、ニオブ酸塩、タンタル酸塩、または希土類金族酸化物で成り立っていてよい。さらに第１の誘電性層は、１Ａおよび２Ａの族に属する元素を含むことができる。第１の誘電性層は、次の元素ないしその酸化物を含むこともできる：Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，ＴａおよびＷ。第１の誘電性層は希土類金属の元素または酸化物、たとえばＳｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，ＰｒおよびＮｂ、ならびにこれらの混合物を含むことができる。

第１の誘電性層との関連で焼結挙動に関して行った説明は、バラクタのそれ以外の誘電性層にもこれに準ずる仕方で該当する。

別の実施形態では、第２および／または第３の誘電性層はＢａ_１−ｘＳｒ_ｘＴｉ_１−ｙＺｒ_ｙＯ_３を含んでおり、このとき０＜ｘ＜１；０≦ｙ＜１が成り立つ。

第１の誘電性層との関連でドーピングに関して上に行った説明は、第２ないし第３の誘電性層にもこれに準ずる仕方で該当する。

本発明の別の実施形態では、バラクタは第１の誘電性層に関して対称の構造を有している。

このことは特に、第１の電極に後続するすべての層が、相応の順序で第２の電極に後続することを意味している。対応する各層は、相応の等しい層厚と、等しい外側寸法とをそれぞれ有しているのが好ましい。対応する各層は、同じ組成をそれぞれ有しているのが好ましい。このようにして、第１の誘電性層を通って延びる対称平面に関して、第１の誘電性層の一方の側にあるすべての層が、これと向かい合う他方の側に対応している。第１の側に関して述べた利点は、これと向かい合う側についても相応に当てはまる。

バラクタの対称の構造により、第１の誘電性層が両方の側から等しく、すなわち印加される面全体にわたって同じ強さと同じ熱分布で、加熱されることを保証することができる。したがって、第１の誘電性層で一方の電極から他方の電極への温度勾配が回避され、そのようにして、第１の誘電性層の加熱により発生する同調効果も、その層の中で対称に発生する。

本発明の別の実施形態では、バラクタは表面実装デバイス（ＳＭＤ）として成形されている。

本発明の別の実施形態では、バラクタは周囲に対して熱的に絶縁されている。このことは、たとえば低い熱伝導性を有する材料を用いて行うことができる。バラクタは、たとえばこのような材料で外装されていてよい。それにより、バイアス電圧の印加によって第１のＰＴＣ領域で生成される熱が、主としてコンデンサ領域へとさらに伝わり、周囲へはわずかな割合でしか伝わらないことが保証される。

１つの実施形態では、第１の電極と第２の電極の間に配置された第１の誘電性層の層厚は１４．５μｍである。

１つの実施形態では、第１の電極と第２の電極はそれぞれＰｄでできている。
バラクタに加えて、バラクタを製造する方法も権利申請される。

上に説明したバラクタを製造する方法の１つの態様では、この方法は次の各方法ステップを含んでいる：
Ａ）少なくとも次の各層を含んでいる積層を成形し：
−第１のＰＴＣ領域
−第１の電極
−第１の誘電性層
−第２の電極
Ｂ）Ａ）の積層を焼結し、それにより、第１のＰＴＣ領域、コンデンサ領域、または第１のＰＴＣ領域とコンデンサ領域へのバイアス電圧の印加によってコンデンサ領域のキャパシタンスを変更することができるバラクタが形成される。

このような方法を通じて、たとえば上に説明したようなバラクタを製造することができる。相応の層／領域について、バラクタとの関連で上に説明した材料を適用することができる。

本方法の別の態様では、方法ステップＡ）でドーピング物質を含む第１のＰＣＴ領域が生成され、第１のＰＴＣ領域と第１の電極の間に配置された、ドーピング物質に対してほぼ不透過性である第１の中間層が成形される。

第１の中間層は、イオンに対して完全に不透過性であるのが好ましい。方法ステップＡ）でこのような中間層を形成することで、次の方法ステップＢ）でも焼結のときにも、およびバラクタの作動時にも、たとえばＰＴＣ領域から第１の誘電性層へのドーピング物質の移転を防止することができる。それにより、たとえばドーピング物質がコンデンサ領域に入り、そこでコンデンサ領域の機能性を損なうことが回避される。

方法ステップＡ）の積層は、すでに挙げた層に加えて、バラクタとの関連で上に説明したいずれの層でも追加的に含むことができる。

セラミック層には、焼結温度を引き下げるために、たとえばガラス相のような焼結補助剤を添加することができる。それにより、低い温度ですでに焼結することができ、たとえば融点の低い電極とともに焼結することもできる、複雑なセラミック系を構成することができる。このようなセラミック系は、ＬＴＣＣ（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏ−ｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ低温同時焼成セラミック）とも呼ばれる。

本方法の１つの態様では、焼結温度は８００℃から１６００℃の範囲内にある。
本方法の別の態様では、追加の方法ステップで電気接触部が第１のＰＴＣ領域に塗布される。

本方法の別の態様では、方法ステップＡ）の積層は第２のＰＴＣ領域を追加的に含んでいる。

本方法の別の態様では、追加の方法ステップで電気接触部が第２のＰＴＣ領域に塗布される。

電気接触部の塗布は、たとえばスパッタリングやスクリーン印刷によって、あるいはその他の析出技術によって行うことができる。

第１の電極および第２の電極については、たとえばＰｄを用いることができる。
製造方法の別の態様では、個々の層／領域は、それらが互いに接合されて積層になる前に焼結される。互いの接合はたとえば付着剤を用いて行うことができる。付着剤はたとえばエポキシを含むことができる。

次に、図面と実施例を参照しながら本発明の態様について詳しく説明する。

図面の簡単な説明
本発明によるバラクタの第１の実施形態を示す模式的な断面図である。 第１の誘電性層に関して対称の構造を有する、本発明によるバラクタの実施形態を示す模式的な断面図である。 両方のＰＴＣ領域にそれぞれ電気接触部を有する、本発明によるバラクタの実施形態を示す模式的な断面図である。 第１の誘電性層が電気接触部を追加的に有する、本発明によるバラクタの実施形態を示す模式的な断面図である。 ＰＴＣ領域に印加されるバイアス電圧に依存する誘電率εと誘電損ｔａｎδの推移である。 ＰＴＣ領域に印加されるさまざまなバイアス電圧に依存する、第１の誘電性層のバイアス電圧に対してプロットしたキャパシタンスと誘電率εの推移である。 ＰＴＣ領域のさまざまなバイアス電圧について、第１の誘電性層のバイアス電圧に対してプロットした同調可能性である。 ＰＴＣ領域のバイアス電圧に対してプロットしたＱ値Ｋである。 ＰＴＣ領域のさまざまなバイアス電圧について、第１の誘電性層のバイアス電圧に対してプロットしたＱ値Ｋである。 さまざまな温度についてバイアス電圧に対してプロットした同調可能性である。

図１は、本発明によるバラクタの一実施例を模式的な断面図で示している。このバラクタは、第１の誘電性層１を含み、その上面に第１の電極２が配置されるとともに、その下面に第２の第２の電極２’が配置されたコンデンサ領域３を含んでいる。第１の電極２の上には、第１のＰＴＣ領域４が配置されている。第１のＰＴＣ領域４にバイアス電圧を印加することで、この領域で熱が生成され、この熱が第１の電極２を介して第１の誘電性層１へさらに伝えられる。第１の誘電性層１への熱供給により、コンデンサ領域３のキャパシタンスを変更することができる。

図２は、第１の誘電性層１に関して対称の構造を有する、バラクタの別の実施例を模式的な断面図で示している。このバラクタは次の層／領域を含んでいる：第２のＰＴＣ領域９、第２の中間層８、第３の誘電性層７、第２の電極２’、第１の誘電性層１、第１の電極２、第２の誘電性層５、第１の中間層６、および第１のＰＴＣ領域４。このとき第１の誘電性層１と、第１の電極２と、第２の電極２’とがコンデンサ領域３を形成する。第１のＰＴＣ領域４と第２のＰＴＣ領域９に、それぞれバイアス電圧を印加することができ、それによって、これら両方のＰＴＣ領域から第１の誘電性層１の方向へ、それぞれ熱が放出される。第１の中間層６ないし第２の中間層８は、隣接するＰＴＣ領域からドーピング物質が第２の誘電性層５ないし第３の誘電性層７の方向へ移動するのをそれぞれ防止する。それにより、ドーピング物質がコンデンサ領域３に入ってコンデンサ領域３の機能性を引き下げることがないことが保証される。第１の誘電性層１に関するバラクタの対称の構造により、第１の誘電性層１を上面からの下面からも同じ程度に加熱できることが保証される。

次に、第１の具体的な実施例について詳しく説明する。この実施例は、図２に模式的に示すものと同様の構造を有している。第１のＰＴＣ領域４と第２のＰＴＣ領域９は、Ｂａ_０，_７５Ｓｒ_０，_２５ＴｉＯ_３（ＢＳＴ）からなる２５個の層でそれぞれ構成されている。ここでＢＳＴは、０．３原子％のＮｂと０．０５原子％のＭｎでドーピングされている。第１の中間層６と第２の中間層８は、１重量％のＴｉＯ_２でドーピングされた層ＭｇＯでそれぞれ構成されており、それによってチタン酸マグネシウム（ＭＴ）が存在している。第２の誘電性層５ならびに第３の誘電性層７は、Ｂａ_０，_７５Ｓｒ_０，_２５ＴｉＯ_３の２３個の層でそれぞれ構成されている。コンデンサ領域３は、２つの層Ｂａ_０，_７５Ｓｒ_０，_２５ＴｉＯ_３を含んでおり、第１の層の上面ないし第２の層の下面はＰｄ電極を備えており、これらが第１の電極２ないし第２の電極２’を形成する。このとき、ドーピングされていないＢＳＴの層は２０μｍの層厚保を有しており、ドーピングされたＢＳＴ層は３５μｍの層厚を有している。中間層はそれぞれ２００μｍの層厚を有している。個々の層／領域は、１０×１０ｃｍの底面積をそれぞれ有している。

このようなバラクタは、たとえば相応の未加工部品を１３５０℃で２時間のあいだ焼結することによって得ることができる。

１重量％のＴｉＯ_２でドーピングされたＭｇＯ（ＭＴ）でそれぞれ構成される第１の中間層と第２の中間層は、複数の好ましい機能を有している。第１に中間層は、ドーピングされた層／領域と、ドーピングされていない誘電性層とを一緒に焼結できることを可能にする。中間層を用いない比較実験では、焼結プロセス中にドーピング物質がＰＴＣ領域から誘電性層へ移動することが確認できた。そのために誘電性層は導電性になっており、このことは、バラクタの機能性を明らかに損なっていた。この実施例ではＭｇ^２＋が受容体として振るまうので、ＭＴ層は物理的な拡散バリアとしても化学的なバリアとしても機能する。Ｍｇ^２＋は受容体として、ＢＳＴのドーピング物質のドナー効果を補償することができる。本発明により発見されたさらに別の好都合な効果は、焼結プロセス中にＭｇ^２＋イオンが誘電性層に移動し、そこで同じく受容体効果を有することにある。この受容体効果は、コンデンサ領域の誘電損を低減する。３番目の好都合な効果として、本発明は、Ｍｇ^２＋の存在が焼結プロセス中に酸素空所の数を減らすことを確認している。それによって粒子サイズの成長が制約されるので、粒子サイズが所望の程度を超えることがない。Ｍｇ^２＋を含む中間層のない比較測定が示すところでは、その場合には粒子サイズが１００μｍの値を超えて増大し、そのために誘電率εが低下するとともに、誘電損δが増加する。

図３は、図２のものに対応し、第１のＰＴＣ層４と第２のＰＴＣ層９の上に電気接触部１０／１０’を追加的に有する、バラクタの別の実施例を模式的な断面図で示している。電気接触部１０および１０’は、外部電極として成形されている。電気接触部１０を介して第１のＰＴＣ領域４に電圧を印加することができ、電気接触部１０’を介して、これとは独立した電圧を第２のＰＴＣ領域９に印加することができる。

図４は、図２のものに対応し、電気接触部１１を追加的に含んでいる、バラクタの別の実施例を模式的な断面図で示している。これらの電気接触部は、第１の誘電性層１、第１の電極２、および第２の電極２’に配置されている。このとき電気接触部１１は、これら３つの層と導電接続されている。したがって電気接触部１１を介して、第１の層１に直接電圧を印加することができるとともに、第１の電極２および第２の電極２’を介して間接的に電圧を印加することができる。電気接触部１１を介して、一方では、バラクタが作動する電圧を印加することができ、これはたとえば交流電圧であってよく、また、第１の誘電性層１を同調させることができるバイアス電圧も印加することができ、これはたとえば直流電圧であってよい。

第１の電極２と第２の電極２’は側面でそれぞれ外部まで達しており、したがって外面を介して接触することができる。第１の電極２と第２の電極２’は、１つの実施例では、前面と裏面でＢＳＴ材料を介して外部に対して電気絶縁されている。

さらに、本発明によるバラクタの別の実施形態では、コンデンサ領域３の接触のための電気接触部１１だけでなく、第１のＰＴＣ領域４ないし第２のＰＴＣ領域９の接触のための別個の接触部１０および１０’も存在していることが可能である。

次に、第２の具体的な実施例について詳しく説明する。この実施例は、第１の具体的な実施例との関連で説明したのと同じ層列を有している。さらにこの実施例は、Ｎｉを含む電気接触部１０を第１のＰＴＣ領域４に有しており、ならびに、同じくＮｉを含む電気接触部１０’を第２のＰＴＣ領域９に有している。電気接触部１０および１０’はバラクタの前面にも裏面にもある。同じ側に配置された電気接続部１０および１０’は互いに導電接続されており、それにより、両方の電気接触部１０および１０’を通じて、第１のＰＴＣ領域４と第２のＰＴＣ領域９に同じバイアス電圧を印加することができる。バラクタの抵抗は、両方のＮｉ電極の間で＜３００Ωと計測されている。

さらに第２の具体的な実施例は、２つの電気接触部１１を有している。この実施例では、第１の電極２と第２の電極２’は側面でのみ外部に向かって突き出している。したがって、この事例ではＡｇを含んでいる電気接触部１１は、第１の誘電性層１とも第１の電極２および第２の電極２’とも導電接続されている。両方の電気接触部１１は、それぞれ両方の側面のうちの一方にある。電気接触部１１を介して、一方ではバラクタを作動させる電圧を印加することができ、これはたとえば交流電圧であってよく、また、第１の誘電性層１を同調させることができるバイアス電圧も印加することができ、これはたとえば直流電圧であってよい。交流電圧と直流電圧との組み合わせにより、この場合にはコンデンサ領域の動作電圧から独立して、第１の誘電性層１にバイアス電圧を印加することができる。

外部電極として成形された電気接触部１０および１０’は、たとえば引き続き焼成されるＮｉペーストの印刷によって塗布することができる。電気接触部１１は、同じく金属ペーストの印刷とこれに続く燃き入れによって、同じく塗布することができる。

第２の具体的な実施例として説明したこのような実施例を、測定のために援用した。この測定はＡｇｉｌｅｎｔ ４２９４Ａ精密抵抗分析器を用いて、１から５００ｋＨｚの周波数領域で行った。Ｂａ_０，_７５Ｓｒ_０，_２５ＴｉＯ_３の最大の誘電性は５０から５１℃に及んでいた。この温度範囲は第１の誘電性層１において、ＰＴＣ領域４および９に１０．５から８Ｖの間のバイアス電圧が印加されることによって実現された。このとき電流は１０ｍＡよりも小さかった。誘電性層１について実現することができた温度は、室温の領域で最大２００℃を上回っていた。

この第２の具体的な実施例を用いて実施した別の測定の結果が、以下の図５から図１０に示されている。

図５には、誘電率εならびに誘電損ｔａｎδが、ＰＴＣ領域に印加されるバイアス電圧（Ｕ−ＰＴＣ）に対してそれぞれプロットされている。図中の両方の矢印は、両方の曲線のうちどちらの曲線がいずれのｙ軸に属するかを表している。ここでは誘電率εの曲線は約８Ｖの領域に最大値を有しており、その後は高いほうの電圧に向かって曲線が急勾配で降下していく。誘電損ｔａｎδの曲線は、０から６Ｖの領域で初めて若干降下してから、６から９Ｖの領域へと非常に急勾配で降下していく。９Ｖ以上の電圧については、この曲線は若干しか降下しなくなり、ないしは、さらに１２Ｖ以上の値ではもはや降下していないも同然である。

図６は、第１の誘電性層におけるバイアス電圧（ＢＶ）に対してそれぞれプロットされた、キャパシタンスＣないし誘電率εの曲線を示している。測定は、ＰＴＣ領域におけるそれぞれ異なるバイアス電圧（Ｕ−ＰＴＣ）について実施した。したがって、各々のＰＴＣ領域バイアス電圧について曲線が図示されている。０から２０Ｖまで変化するそれぞれのＰＴＣ領域バイアス電圧が、各曲線に単位ボルトで表示されている。これら各々のＰＴＣ領域バイアス電圧について、第１の誘電性層におけるバイアス電圧（ＢＶ）を−４０Ｖから４０Ｖの範囲まで変化させた。最善の結果は、７．８Ｖ、７．５Ｖ、および８．１Ｖの値についてのＰＴＣ領域バイアス電圧（Ｕ−ＰＴＣ）について得られている。これらのＰＴＣ領域バイアス電圧で、最高の誘電率εが測定されている。

図７は、第１の誘電性層に印加されたバイアス電圧（ＢＶ）に対してプロットされた同調可能性ｎを示している。ここで同調可能性ｎは、異なるＰＴＣ領域バイアス電圧について測定されている。異なるＰＴＣ領域バイアス電圧が、それぞれ曲線について単位ボルトで表示されている。もっとも高い同調可能性ｎは、７．８Ｖと７．５ＶのＰＴＣ領域バイアス電圧について得られている。このＰＴＣ領域バイアス電圧については、図６に示す一連の測定でも最善の測定結果が得られている。同調可能性ｎについて実現された最大値は６．０２であり、これは８３．３％の相対的な同調可能性に相当する。この値は、７．５ＶのＰＴＣ領域バイアス電圧と、第１の誘電性層における−４０ないし＋４０Ｖのバイアス電圧のときに実現されており、これは２．７５Ｖ／μｍに相当する。

図８は、ＰＴＣ領域バイアス電圧に対してプロットされたＱ値Ｋを示している（Ｕ−ＰＴＣ）。第１の誘電性層におけるバイアス電圧は、この測定では４０Ｖで一定に保たれていた。Ｑ値Ｋの最大値は、８．１ＶのＰＴＣ領域バイアス電圧について実現された。これは特に図５に示すような、６から８Ｖの範囲へと著しく降下していく誘電損δの帰結である。

図９は、第１の誘電性層におけるバイアス電圧（ＢＶ）に対してプロットされたＱ値Ｋを示している。測定は、それぞれの曲線に単位ボルトで表示されている、それぞれ異なるＰＴＣ領域バイアス電圧について実施した。最高のＱ値Ｋは８．１ＶのＰＴＣ領域バイアス電圧について実現された。

図１０では、第１の誘電性層におけるバイアス電圧（ＢＶ）に対して同調可能性ｎがプロットされている。ここではバイアス電圧を破壊（ブレークダウン）まで高めていった。全部で４回の一連の測定を実施しており、そのうち２回は低電界（ＬＶ）で実施し、２回は高電界（ＨＶ）で実施した。両方の電界において、室温（ＲＴ）とキュリー温度（Ｔ_Ｃ）の温度領域とで、それぞれ一連の測定を実施した。室温かつ高電界のとき、電圧を約８００Ｖまで高めることができており、これは約５５Ｖ／μｍに相当する。ＰＴＣ領域へのバイアス電圧の印加により、これに伴う室温（ＲＴ）からキュリー温度（Ｔ_Ｃ）への温度上昇により、低電界（ＬＶ）でも高電界（ＨＶ）でも、いっそう高い同調可能性ｎを実現することができた。たとえばキュリー温度のときの第１の誘電性層における２０Ｖ／μｍのバイアス電圧（ＢＶ）については、約１７の同調可能性を得ることができている。

本発明は、実施例を参照した上の説明によって限定されるものではない。むしろ本発明は、あらゆる新たな構成要件および構成要件のあらゆる組み合わせを含んでおり、このことは特に、特許請求の範囲の構成要件のあらゆる組み合わせを含んでおり、それは、たとえ当該構成要件または当該組み合わせそのものが、明文をもって特許請求の範囲や実施例に記載されていなくても成り立つ。

１ 第１の誘電性層
２ 第１の電極
２’ 第２の電極
３ コンデンサ領域
４ 第１のＰＴＣ領域
５ 第２の誘電性層
６ 第１の中間層
７ 第３の誘電性層
８ 第２の中間層
９ 第２のＰＴＣ領域
１０ 第１のＰＴＣ領域の電気接触部
１０’ 第２のＰＴＣ領域の電気接触部
１１ 第１の誘電性層の電気接触部

Claims (15)

1. バラクタにおいて、次の各構成要素すなわち
   抵抗に関して正の温度係数を有するセラミック材料を含む第１のＰＴＣ領域（４）と、
   コンデンサ領域（３）とを含んでおり、該コンデンサ領域は、
   第１の電極（２）と、
   第２の電極（２’）と、
   前記第１の電極（２）と前記第２の電極（２’）との間に配置された第１の誘電性層（１）とを含んでおり、
   前記第１のＰＴＣ層（４）と前記コンデンサ領域（３）は熱伝導式に相互に結合されており、前記コンデンサ領域（３）のキャパシタンスは、
   前記第１のＰＴＣ領域（４）、
   前記コンデンサ領域（３）、
   前記１のＰＴＣ領域（４）および前記コンデンサ領域（３）
   へのバイアス電圧の印加によって変更可能であるバラクタ。
2. 前記第１のＰＴＣ領域（４）は電圧の印加によって、前記第１の誘電性層（１）が誘電性の観点から最大の同調可能性を有する温度に合わせて調整可能である、請求項１に記載のバラクタ。
3. 前記第１のＰＴＣ領域（４）は電圧の印加によって、前記コンデンサ領域（３）の誘電損を調整可能である温度に合わせて調整可能である、先行請求項のうちいずれか１項に記載のバラクタ。
4. 前記第１のＰＴＣ領域（４）は前記第１の電極（２）の上に配置されている、先行請求項のうちいずれか１項に記載のバラクタ。
5. 前記第１のＰＴＣ領域（４）はドーピング物質を有している、先行請求項のうちいずれか１項に記載のバラクタ。
6. 前記第１のＰＴＣ領域（４）と前記第１の電極（２）との間に配置され、前記ドーピング物質に対してほぼ不透過性である第１の中間層（６）を追加的に含んでいる、請求項５に記載のバラクタ。
7. 前記第１の中間層（６）と前記第１の電極（２）との間に配置された第２の誘電性層（５）を追加的に含んでいる、請求項６に記載のバラクタ。
8. 前記コンデンサ領域（３）と熱伝導式に結合された第２のＰＴＣ領域（９）を追加的に含んでいる、先行請求項のうちいずれか１項に記載のバラクタ。
9. 前記第１のＰＴＣ領域（４）、前記第２のＰＴＣ領域（９）、および前記コンデンサ領域（３）は積層を形成しており、前記第１のＰＴＣ領域（４）と前記第２のＰＴＣ領域（９）は前記コンデンサ領域（３）の互いに向き合う側に配置されている、請求項８に記載のバラクタ。
10. 前記第１のＰＴＣ領域（４）は電気接触部を有している、先行請求項のうちいずれか１項に記載のバラクタ。
11. 前記第１のＰＴＣ領域（４）はＢａ_１−ｘＳｒ_ｘＴｉ_１−ｙＺｒ_ｙＯ_３を含んでおり、このとき０＜ｘ＜１；０≦ｙ＜１が成り立つ、先行請求項のうちいずれか１項に記載のバラクタ。
12. 前記第１の誘電性層（１）はＢａ_１−ｘＳｒ_ｘＴｉ_１−ｙＺｒ_ｙＯ_３を含んでおり、このとき０＜ｘ＜１；０≦ｙ＜１が成り立つ、先行請求項のうちいずれか１項に記載のバラクタ。
13. 前記第１の誘電性層（１）に関して対称の構造を有している、先行請求項のうちいずれか１項に記載のバラクタ。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載のバラクタを製造する方法において、次の各方法ステップを含んでおり、すなわち、
    Ａ）少なくとも次の各層を含んでいる積層を成形し：
    第１のＰＴＣ領域（４）
    第１の電極（２）
    第１の誘電性層（１）
    第２の電極（２’）
    Ｂ）前記Ａ）の積層を焼結し、それにより、前記第１のＰＴＣ領域（４）、前記コンデンサ領域（３）、または前記第１のＰＴＣ領域（４）と前記コンデンサ領域（３）へのバイアス電圧の印加によって前記コンデンサ領域（３）のキャパシタンスを変更することができるバラクタが形成される方法。
15. 前記方法ステップＡ）でドーピング物質を含む第１のＰＣＴ領域（４）が生成され、前記第１のＰＴＣ領域（４）と前記第１の電極（２）の間に配置された、前記ドーピング物質に対してほぼ不透過性である第１の中間層（６）が成形される、請求項１４に記載の方法。