JP2020161759A - Thermistor material - Google Patents

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JP2020161759A JP2019062373A JP2019062373A JP2020161759A JP 2020161759 A JP2020161759 A JP 2020161759A JP 2019062373 A JP2019062373 A JP 2019062373A JP 2019062373 A JP2019062373 A JP 2019062373A JP 2020161759 A JP2020161759 A JP 2020161759A
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山田 勝則
Katsunori Yamada
勝則 山田
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Abstract

To provide a new thermistor material, having fewer types of components than before, capable of highly accurate temperature detection in a low temperature range of about -50°C to 500°C.SOLUTION: The thermistor material includes: matrix crystal grains composed of insulating ceramics; conductive particles dispersed between the matrix crystal grains; and a grain boundary phase. The conductive particles are composed of α-SiC doped with B, Al, and/or N. The thermistor material has a carrier concentration at room temperature of 1×1014 cm-3 or more and 1×1019 cm-3 or less. The mobility of the thermistor material is preferably 1×10-4 cm2/V s or more and 1 cm2/V s or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、サーミスタ材料に関し、さらに詳しくは、従来に比べて構成成分の種類が少なく、かつ、低温域において高精度の温度検出が可能なサーミスタ材料に関する。 The present invention relates to a thermistor material, and more particularly to a thermistor material which has fewer kinds of constituents than the conventional one and can detect a temperature with high accuracy in a low temperature range.

サーミスタとは、温度変化に対して電気抵抗変化の大きい抵抗体をいう。サーミスタは、温度の上昇に対して電気抵抗が減少するNTCサーミスタ、温度の上昇に対して電気抵抗が増加するPTCサーミスタ、ある温度を超えると電気抵抗が急激に減少するCRTサーミスタに分類される。これらの内、NTCサーミスタは、低コストで電気抵抗値が温度変化に対して指数関数的に大きく変化するため、最も使われており、単にサーミスタというときは、NTCサーミスタを指す。 A thermistor is a resistor that has a large change in electrical resistance with respect to temperature changes. Thermistors are classified into NTC thermistors whose electrical resistance decreases with increasing temperature, PTC thermistors whose electrical resistance increases with increasing temperature, and CRT thermistors whose electrical resistance decreases sharply when a certain temperature is exceeded. Of these, the NTC thermistor is the most used because it is low cost and the electrical resistance value changes exponentially with respect to temperature changes. The term thermistor simply refers to the NTC thermistor.

一般に使用されるサーミスタは、Mn、Ni、Co、Fe、Cu、Y、Crなどの遷移金属酸化物を2〜4種類含む酸化物複合体からなる。このような酸化物系のサーミスタ材料としては、例えば、スピネル型酸化物、ペロブスカイト型酸化物、スピネルとペロブスカイトの混合物などが知られている。
酸化物系サーミスタでは、酸素イオン拡散の温度依存性を利用して温度検出を行っている。また、ペロブスカイト型酸化物からなるサーミスタにおいては、2価金属をドープすることによって、酸素欠陥による正孔よりも多くの正孔を導入したp型半導体とし、低酸素雰囲気での電気抵抗値の不安定化を抑制することが行われている。
A commonly used thermistor consists of an oxide composite containing 2 to 4 types of transition metal oxides such as Mn, Ni, Co, Fe, Cu, Y, and Cr. As such an oxide-based thermistor material, for example, a spinel-type oxide, a perovskite-type oxide, a mixture of spinel and perovskite, and the like are known.
In the oxide thermistor, the temperature is detected by utilizing the temperature dependence of oxygen ion diffusion. Further, in a thermistor made of a perovskite-type oxide, a p-type semiconductor in which more holes than holes due to oxygen defects are introduced by doping with a divalent metal, and the electrical resistance value is not high in a low oxygen atmosphere. Stabilization is suppressed.

また、非酸化物系のサーミスタ材料も知られている。
例えば、特許文献1には、所定量のSi34、α型SiC、Y23、B、及び、TiB2を混合し、混合物を成形及び焼結することにより得られるサーミスタ材料が開示されている。
同文献には、このような方法により、低温域用の高精度な温度計測に適したサーミスタ材料が得られる点が記載されている。
Non-oxide thermistor materials are also known.
For example, Patent Document 1 discloses a thermistor material obtained by mixing a predetermined amount of Si 3 N 4 , α-type SiC, Y 2 O 3 , B, and TiB 2 and molding and sintering the mixture. Has been done.
The document describes that such a method can obtain a thermistor material suitable for high-precision temperature measurement for a low temperature range.

Si34からなる絶縁マトリックス中にα型SiCを分散させたサーミスタ材料において、B及びTiB2をさらに添加すると、低温域において高精度の温度検出が可能なサーミスタ材料(温度変化に対する抵抗変化が大きいサーミスタ材料)が得られる。
しかしながら、BやTiB2を原料中に添加すると、これらがSi34とが反応して、SiやBNが生成する場合がある。材料中に生成したBNは、破壊の起点となるため、材料強度を低下させる場合がある。また、材料中に生成したSiは、半導体であり、導電パスの一部として機能するが、融点(1414℃)が焼結温度(1800℃以上)よりも低く、焼結中に液相化して拡散するため、焼結体内の組成ばらつき、ひいては抵抗値ばらつきを引き起こす場合がある。
In a thermistor material in which α-type SiC is dispersed in an insulation matrix made of Si 3 N 4 , when B and TiB 2 are further added, the thermistor material capable of highly accurate temperature detection in a low temperature range (resistance change with respect to temperature change). Large thermistor material) is obtained.
However, when B or TiB 2 is added to the raw material, these may react with Si 3 N 4 to form Si or BN. Since the BN generated in the material becomes the starting point of fracture, the material strength may be lowered. Further, Si generated in the material is a semiconductor and functions as a part of the conductive path, but its melting point (1414 ° C.) is lower than the sintering temperature (1800 ° C. or higher), and it becomes liquid phase during sintering. Since it diffuses, it may cause composition variation in the sintered body, which in turn causes variation in resistance value.

特許第5765277号公報Japanese Patent No. 5765277

本発明が解決しようとする課題は、従来に比べて構成成分の種類が少なく、かつ、−50℃〜500℃程度の低温域において高精度の温度検出が可能な新規なサーミスタ材料を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、強度が高く、遊離のSi、BN、あるいは、ホウ素化合物を実質的に含まない新規なサーミスタ材料を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to provide a novel thermistor material which has fewer kinds of constituents than the conventional one and can detect a temperature with high accuracy in a low temperature range of about -50 ° C to 500 ° C. It is in.
Another problem to be solved by the present invention is to provide a novel thermistor material having high strength and substantially free of free Si, BN, or boron compounds.

上記課題を解決するために本発明に係るサーミスタ材料は、以下の構成を備えている。
(1)前記サーミスタ材料は、
絶縁性セラミックスからなるマトリックス結晶粒と、
前記マトリックス結晶粒子間に分散している導電性粒子と、
粒界相と、
を備えている。
(2)前記導電性粒子は、B、Al、及び/又はNがドープされたα−SiCからなる。
(3)前記サーミスタ材料は、室温でのキャリア濃度が1×1014cm-3以上1×1019cm-3以下である。
The thermistor material according to the present invention in order to solve the above problems has the following constitution.
(1) The thermistor material is
Matrix crystal grains made of insulating ceramics and
Conductive particles dispersed between the matrix crystal particles and
Grain boundary phase and
Is equipped with.
(2) The conductive particles are made of α-SiC doped with B, Al, and / or N.
(3) The thermistor material has a carrier concentration of 1 × 10 14 cm -3 or more and 1 × 10 19 cm -3 or less at room temperature.

絶縁性セラミックス内に、適量のp型ドーパント及び/又はn型ドーパントを含むα−SiCを導電性粒子として分散させると、原料中に、B、TiB2などの温度抵抗係数(B値)を大きくするための成分を添加しなくても、低温域において高精度の温度検出が可能なサーミスタ材料が得られる。
これは、キャリア濃度が最適化されたα−SiCをマトリックス中に分散させることによって、サーミスタ材料の移動度の影響が大幅に小さくなる一方、サーミスタ材料のキャリア濃度の温度依存性が支配的となるために、温度抵抗変化率(B値)が大きくなるためと考えられる。
When α-SiC containing an appropriate amount of p-type dopant and / or n-type dopant is dispersed as conductive particles in the insulating ceramic, the temperature resistance coefficient (B value) of B, TiB 2, etc. is increased in the raw material. A thermistor material capable of highly accurate temperature detection in a low temperature range can be obtained without adding a component for this purpose.
This is because the carrier concentration-optimized α-SiC is dispersed in the matrix, so that the influence of the mobility of the thermistor material is greatly reduced, while the temperature dependence of the carrier concentration of the thermistor material becomes dominant. Therefore, it is considered that the temperature resistance change rate (B value) becomes large.

実施例1で得られたサーミスタ素子の温度Tと比抵抗値ρとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature T of the thermistor element obtained in Example 1 and the specific resistance value ρ. 実施例1で得られたウェハーの中心からの距離と比抵抗値ρとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distance from the center of the wafer obtained in Example 1 and the specific resistance value ρ.

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. サーミスタ材料]
本発明のに係るサーミスタ材料は、以下の構成を備えている。
(1)前記サーミスタ材料は、
絶縁性セラミックスからなるマトリックス結晶粒と、
前記マトリックス結晶粒子間に分散している導電性粒子と、
粒界相と、
を備えている。
(2)前記導電性粒子は、B、Al、及び/又はNがドープされたα−SiCからなる。
(3)前記サーミスタ材料は、室温でのキャリア濃度が1×1014cm-3以上1×1019cm-3以下である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. Thermistor material]
The thermistor material according to the present invention has the following constitution.
(1) The thermistor material is
Matrix crystal grains made of insulating ceramics and
Conductive particles dispersed between the matrix crystal particles and
Grain boundary phase and
Is equipped with.
(2) The conductive particles are made of α-SiC doped with B, Al, and / or N.
(3) The thermistor material has a carrier concentration of 1 × 10 14 cm -3 or more and 1 × 10 19 cm -3 or less at room temperature.

[1.1. 成分]
[1.1.1. マトリックス結晶粒]
[A. マトリックス結晶粒の組成]
マトリックス結晶粒は、絶縁性セラミックスからなる。「絶縁性セラミックス」とは、比抵抗値が1012Ωcm以上であるものをいう。マトリックス結晶粒を構成する絶縁性セラミックスの組成は、サーミスタとして必要な特性が得られるものである限りにおいて、特に限定されない。
絶縁性セラミックスとしては、例えば、Si34、SiALON、AlN、Al23、Y2Si27などがある。マトリックス結晶粒は、これらのいずれか1種の絶縁性セラミックスからなるものでも良く、あるいは、2種以上からなるものでも良い。
[1.1. component]
[1.1.1. Matrix crystal grains]
[A. Matrix crystal grain composition]
The matrix crystal grains are made of insulating ceramics. “Insulating ceramics” means ceramics having a specific resistance value of 10 12 Ωcm or more. The composition of the insulating ceramics constituting the matrix crystal grains is not particularly limited as long as the properties required for the thermistor can be obtained.
Examples of the insulating ceramics include Si 3 N 4 , SiALON, Al N, Al 2 O 3 , Y 2 Si 2 O 7 . The matrix crystal grains may be made of any one of these insulating ceramics, or may be made of two or more kinds.

[B. マトリックス結晶粒の平均結晶粒径]
本発明において、マトリックス結晶粒の平均結晶粒径は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。一般に、マトリックスの平均結晶粒径が小さくなるほど、比抵抗値のバラツキが小さくなる。マトリックス結晶粒の平均結晶粒径は、5μm以下が好ましい。平均結晶粒径は、好ましくは、1μm以下、さらに好ましくは、0.75μm以下である。
ここで、「平均結晶粒径」とは、顕微鏡(SEM、TEM、EPMA等)観察により無作為に選んだ10個以上の結晶粒のサイズ(結晶粒の最小外接円の直径)のメディアン値(サンプリングした結晶粒のサイズの累積分布が50%となるときの結晶粒のサイズ(d50))をいう。
[B. Average grain size of matrix grains]
In the present invention, the average crystal grain size of the matrix crystal grains is not particularly limited, and an optimum value can be selected according to the intended purpose. In general, the smaller the average crystal grain size of the matrix, the smaller the variation in resistivity value. The average crystal grain size of the matrix crystal grains is preferably 5 μm or less. The average crystal grain size is preferably 1 μm or less, more preferably 0.75 μm or less.
Here, the "average crystal grain size" is a median value (diameter of the minimum circumscribing circle of crystal grains) of 10 or more crystal grains randomly selected by observation with a microscope (SEM, TEM, EPMA, etc.). The size of the crystal grains (d 50 ) when the cumulative distribution of the sizes of the sampled crystal grains is 50%).

[1.1.2. 導電性粒子]
マトリックス結晶粒子間には、導電性粒子が分散している。本発明において、導電性粒子には、B、Al、及び/又はNがドープされたα−SiCからなる。
[1.1.2. Conductive particles]
Conductive particles are dispersed between the matrix crystal particles. In the present invention, the conductive particles are made of α-SiC doped with B, Al, and / or N.

[A. ドーパント]
ドーパントは、B、Al、及び/又はNからなる。これらの内、B及びAlはp型ドーパントであり、Nはn型ドーパントである。本発明において、α−SiCは、p型ドーパント又はn型ドーパントのいずれか一方がドープされたものでも良く、あるいは、双方がドープされたものでも良い。
[A. Dopant]
The dopant consists of B, Al, and / or N. Of these, B and Al are p-type dopants, and N is an n-type dopant. In the present invention, α-SiC may be doped with either a p-type dopant or an n-type dopant, or may be doped with both.

α−SiCにp型ドーパント及び/又はn型ドーパントをドープすると、α−SiC中に所定の濃度のキャリアが導入される。これらの内、p型ドーパントは、サーミスタ材料の抵抗値を低下させる作用よりも、温度抵抗係数(B値)を増大させる作用の方が大きい。一方、n型ドーパントは、サーミスタ材料の温度抵抗係数(B値)を増大させる作用よりも、抵抗値を低下させる作用の方が大きい。
そのため、目的に応じてドーパントの種類及び量を最適化すると、低温域において高精度の温度検出が可能なサーミスタとして必要な温度−抵抗特性が得られる。
Doping α-SiC with a p-type dopant and / or an n-type dopant introduces carriers at a predetermined concentration into α-SiC. Of these, the p-type dopant has a greater action of increasing the temperature resistance coefficient (B value) than the action of lowering the resistance value of the thermistor material. On the other hand, the n-type dopant has a greater action of lowering the resistance value than an action of increasing the temperature resistance coefficient (B value) of the thermistor material.
Therefore, by optimizing the type and amount of dopant according to the purpose, the temperature-resistance characteristics required for a thermistor capable of highly accurate temperature detection in a low temperature range can be obtained.

[B. キャリア濃度]
サーミスタ材料のキャリア濃度は、サーミスタ材料の温度−抵抗特性に影響を与える。キャリア濃度が低すぎると、サーミスタ材料の抵抗値が高くなり過ぎ、測定回路のコストが高くなる場合がある。従って、室温でのキャリア濃度は、1×1014cm-3以上が好ましい。室温でのキャリア濃度は、好ましくは、5×1014cm-3以上、さらに好ましくは、1×1015cm-3以上である。
一方、室温でのキャリア濃度が過剰になると、抵抗値が低くなり過ぎ、温度変化によるキャリア濃度変化が抵抗値変化に及ぼす影響が小さくなる、すなわち温度感度が小さくなる場合がある。従って、室温でのキャリア濃度は、1×1019cm-3以下が好ましい。室温でのキャリア濃度は、好ましくは、5×1018cm-3以下、さらに好ましくは、1×1018cm-3以下である。
[B. Carrier concentration]
The carrier concentration of the thermistor material affects the temperature-resistance properties of the thermistor material. If the carrier concentration is too low, the resistance value of the thermistor material becomes too high, which may increase the cost of the measurement circuit. Therefore, the carrier concentration at room temperature is preferably 1 × 10 14 cm -3 or more. The carrier concentration at room temperature is preferably 5 × 10 14 cm -3 or more, more preferably 1 × 10 15 cm -3 or more.
On the other hand, when the carrier concentration at room temperature becomes excessive, the resistance value becomes too low, and the influence of the carrier concentration change due to the temperature change on the resistance value change becomes small, that is, the temperature sensitivity may become small. Therefore, the carrier concentration at room temperature is preferably 1 × 10 19 cm -3 or less. The carrier concentration at room temperature is preferably 5 × 10 18 cm -3 or less, more preferably 1 × 10 18 cm -3 or less.

[C. 移動度]
サーミスタ材料の移動度は、抵抗値に影響を与える。移動度が小さすぎると、抵抗値が大きくなり過ぎ、逆に移動度が大きすぎると、温度感度がキャリア濃度だけで決まらなくなる。従って、サーミスタ材料の移動度は、1×10-4cm2/V・s以上1cm2/V・s以下が好ましく、1×10-3cm2/V・s以上1×10-1cm2/V・s以下がさらに好ましい。
[C. Mobility]
The mobility of the thermistor material affects the resistance value. If the mobility is too small, the resistance value becomes too large, and conversely, if the mobility is too large, the temperature sensitivity cannot be determined only by the carrier concentration. Therefore, the mobility of the thermistor material is preferably 1 × 10 -4 cm 2 / V · s or more and 1 cm 2 / V · s or less, and 1 × 10 -3 cm 2 / V · s or more 1 × 10 -1 cm 2 It is more preferably / V · s or less.

[D. ドーパント濃度]
ドーパント濃度は、キャリア濃度及び移動度が上述の範囲となるように、最適な濃度を選択するのが好ましい。
[D. Dopant concentration]
It is preferable to select the optimum dopant concentration so that the carrier concentration and mobility are within the above ranges.

B、Al、Nの濃度が低すぎると、α−SiCの抵抗値が高くなり過ぎ、サーミスタ材料としたときに測定回路が高コストとなる。一方、B、Al、Nの濃度が高すぎると、α−SiCのキャリア濃度が大きくなって抵抗値が低くなりすぎ、サーミスタ材料の温度感度が低下する。従って、B、Al、Nの濃度は、1×1016cm-3以上1×1020cm-3以下が好ましく、1×1017cm-3以上1×1019cm-3以下がさらに好ましい。 If the concentrations of B, Al, and N are too low, the resistance value of α-SiC becomes too high, and the measurement circuit becomes expensive when used as a thermistor material. On the other hand, if the concentrations of B, Al, and N are too high, the carrier concentration of α-SiC becomes large and the resistance value becomes too low, and the temperature sensitivity of the thermistor material decreases. Therefore, the concentrations of B, Al, and N are preferably 1 × 10 16 cm -3 or more and 1 × 10 20 cm -3 or less, and more preferably 1 × 10 17 cm -3 or more and 1 × 10 19 cm -3 or less.

[E. 導電性粒子の平均結晶粒径]
本実施の形態において、導電性粒子の平均結晶粒径d50は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。一般に、導電性粒子のd50が小さくなるほど、緻密化が促進されると共に、焼結中に起こるマトリックス結晶粒の粒成長を抑制し、組織が細かくなる。そのため、比抵抗値のバラツキが小さくなる。導電性粒子のd50は、5μm以下が好ましい。d50は、好ましくは、2μm以下、さらに好ましくは、1μm以下、さらに好ましくは、0.7μm以下である。
[E. Average crystal grain size of conductive particles]
In the present embodiment, the average crystal grain size d 50 of the conductive particles is not particularly limited, and an optimum value can be selected depending on the intended purpose. In general, the smaller the d 50 of the conductive particles, the more the densification is promoted, the grain growth of the matrix crystal grains that occurs during sintering is suppressed, and the structure becomes finer. Therefore, the variation in the specific resistance value becomes small. The d 50 of the conductive particles is preferably 5 μm or less. d 50 is preferably 2 μm or less, more preferably 1 μm or less, still more preferably 0.7 μm or less.

[1.1.3. 粒界相]
[A. 粒界相の組成]
粒界相は、少なくともマトリックス結晶粒間に存在している。粒界相は、マトリックス結晶粒間に加えて、導電性粒子間に存在している場合がある。粒界相は、酸化物相であって、その組成は、原料に添加された焼結助剤の組成に依存する。本発明において、粒界相の組成は、特に限定されない。
[1.1.3. Grain boundary phase]
[A. Grain boundary phase composition]
The grain boundary phase exists at least between the matrix crystal grains. The grain boundary phase may be present between the conductive particles in addition to the matrix crystal grains. The grain boundary phase is an oxide phase, and its composition depends on the composition of the sintering aid added to the raw material. In the present invention, the composition of the grain boundary phase is not particularly limited.

粒界相としては、例えば、
(a)焼結助剤として用いた組成物(例えば、Al23、AlN、Y23、Yb23、SiO2、Lu23、CeO2、MgO、ZrO2、SrO、HfO2、Cr23など)、
(b)2種以上の焼結助剤が反応することにより生成する組成物、
(c)1種又は2種以上の焼結助剤とそれ以外の主原料(例えば、Si34、SiC)とが反応することにより生成する組成物、
などがある。
As the grain boundary phase, for example
(A) Compositions used as sintering aids (eg, Al 2 O 3 , Al N, Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , SiO 2 , Lu 2 O 3 , CeO 2 , MgO, ZrO 2 , SrO, HfO 2 , Cr 2 O 3, etc.),
(B) A composition produced by the reaction of two or more kinds of sintering aids.
(C) A composition produced by reacting one or more kinds of sintering aids with other main raw materials (for example, Si 3 N 4 , SiC).
and so on.

[B. 粒界相の結晶性]
粒界相は、焼結助剤として添加した材料の種類及び焼結条件に応じて、結晶質となる場合と、アモルファスとなる場合がある。本発明において、粒界相は、結晶質であっても良く、あるいは、アモルファスであっても良い。
一般に、粒界相がアモルファス状(低融点相)である場合、焼結時に緻密化しやすいが、焼結体としては比抵抗値が上昇する傾向があり、耐熱性も低下する。一方、粒界相が結晶相を含む場合、高温域における元素拡散が抑制され、耐熱性が向上する。
[B. Crystallinity of grain boundary phase]
The grain boundary phase may be crystalline or amorphous depending on the type of material added as the sintering aid and the sintering conditions. In the present invention, the grain boundary phase may be crystalline or amorphous.
Generally, when the grain boundary phase is amorphous (low melting point phase), it tends to be densified during sintering, but the resistivity value of the sintered body tends to increase, and the heat resistance also decreases. On the other hand, when the grain boundary phase contains a crystal phase, element diffusion in a high temperature region is suppressed and heat resistance is improved.

[C. 粒界相の厚さ]
粒界相が厚すぎると、導電性が低下し、比抵抗値が上昇する。従って、粒界相の厚さは、10nm以下が好ましい。粒界相の厚さは、好ましくは、6nm以下、さらに好ましくは、3nm以下である。
一方、粒界相が薄すぎると、焼結性が損なわれる。従って、粒界相の厚さは、0.5nm以上が好ましい。粒界相の厚さは、好ましくは、1nm以上、さらに好ましくは、2nm以上である。
[C. Grain boundary phase thickness]
If the grain boundary phase is too thick, the conductivity decreases and the resistivity value increases. Therefore, the thickness of the grain boundary phase is preferably 10 nm or less. The thickness of the grain boundary phase is preferably 6 nm or less, more preferably 3 nm or less.
On the other hand, if the grain boundary phase is too thin, the sinterability is impaired. Therefore, the thickness of the grain boundary phase is preferably 0.5 nm or more. The thickness of the grain boundary phase is preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more.

[1.2. 含有量]
本発明に係るサーミスタ材料は、所定量の導電性粒子及び粒界相を含み、残部が絶縁性セラミックス及び不可避的不純物からなる。
[1.2. Content]
The thermistor material according to the present invention contains a predetermined amount of conductive particles and grain boundary phases, and the balance consists of insulating ceramics and unavoidable impurities.

[1.2.1. 導電性粒子の含有量]
一般に、導電性粒子の含有量が多くなるほど、比抵抗値が小さくなり、かつ、焼結体の機械的強度も粒子強化により高くなる。このような効果を得るためには、導電性粒子の含有量は、14vol%超が好ましい。導電性粒子の含有量は、好ましくは、16vol%以上、さらに好ましくは、20vol%以上、さらに好ましくは、25vol%以上である。
[1.2.1. Content of conductive particles]
In general, as the content of conductive particles increases, the resistivity value decreases, and the mechanical strength of the sintered body also increases due to particle strengthening. In order to obtain such an effect, the content of the conductive particles is preferably more than 14 vol%. The content of the conductive particles is preferably 16 vol% or more, more preferably 20 vol% or more, still more preferably 25 vol% or more.

一方、導電性粒子の含有量が過剰になると、焼結密度が低下して機械的特性が低くなると同時に、比抵抗値が過度に小さくなるおそれがある。また、温度抵抗変化率(B値)もかえって小さくなる。これは、導電性粒子の含有が過剰になると、導電性粒子によって構成される導電パスの数や幅が大幅に増えて密になるためと考えられる。また、導電性粒子が凝集しやすくなり、導電性粒子間に気孔が形成されやすくなる。従って、導電性粒子の含有量は、40vol%未満が好ましい。導電性粒子の含有量は、好ましくは、35vol%以下、さらに好ましくは、30vol%以下である。 On the other hand, if the content of the conductive particles is excessive, the sintering density is lowered and the mechanical properties are lowered, and at the same time, the specific resistance value may be excessively reduced. In addition, the rate of change in temperature resistance (B value) is rather small. It is considered that this is because when the content of the conductive particles is excessive, the number and width of the conductive paths composed of the conductive particles are greatly increased and the particles become dense. In addition, the conductive particles are likely to aggregate, and pores are likely to be formed between the conductive particles. Therefore, the content of the conductive particles is preferably less than 40 vol%. The content of the conductive particles is preferably 35 vol% or less, more preferably 30 vol% or less.

[1.2.2. 粒界相の含有量]
粒界相(すなわち、焼結助剤)の含有量が少なすぎると、緻密な焼結体が得られない。従って、粒界相の含有量は、4vol%以上が好ましい。粒界相の含有量は、好ましくは、5vol%以上、さらに好ましくは、6vol%以上である。
一方、粒界相の含有量が過剰になると、粒界相の厚さが増大して比抵抗値が高くなるおそれがある。また、焼結中に助剤の拡散が顕著になり、焼結体間での特性のバラツキが生じやすくなるおそれがある。従って、粒界相の含有量は、15vol%未満が好ましい。粒界相の含有量は、好ましくは、12vol%以下、さらに好ましくは、10vol%以下である。
[1.2.2. Grain boundary phase content]
If the content of the grain boundary phase (that is, the sintering aid) is too small, a dense sintered body cannot be obtained. Therefore, the content of the grain boundary phase is preferably 4 vol% or more. The content of the grain boundary phase is preferably 5 vol% or more, more preferably 6 vol% or more.
On the other hand, if the content of the grain boundary phase becomes excessive, the thickness of the grain boundary phase may increase and the resistivity value may increase. In addition, the diffusion of the auxiliary agent becomes remarkable during the sintering, and there is a possibility that the characteristics of the sintered body may vary. Therefore, the content of the grain boundary phase is preferably less than 15 vol%. The content of the grain boundary phase is preferably 12 vol% or less, more preferably 10 vol% or less.

[1.2.3. 不純物の含有量]
従来、低温域において高精度の温度検出を行うためには、原料中にBやホウ素化合物(例えば、TiB2)を添加することが必須と考えられていた。しかし、本発明においては、導電性粒子として、ドーパントの種類及び量を最適化したα−SiCのみを用いており、原料中にBやホウ素化合物を添加しない。
そのため、本発明に係るサーミスタ材料は、絶縁性セラミックスとして窒化物系セラミックスを用いた場合であっても、未反応のBやホウ素化合物、並びに、原料として用いたBやホウ素化合物と窒化物系セラミックスとの反応生成物(すなわち、Si及びBN)を実質的に含まない。
[12.3. Impurity content]
Conventionally, it has been considered essential to add B or a boron compound (for example, TiB 2 ) to the raw material in order to perform highly accurate temperature detection in a low temperature range. However, in the present invention, only α-SiC in which the type and amount of the dopant are optimized is used as the conductive particles, and B and a boron compound are not added to the raw material.
Therefore, the thermister material according to the present invention includes unreacted B and boron compounds, and B and boron compounds and nitride ceramics used as raw materials even when nitride ceramics are used as insulating ceramics. It is substantially free of reaction products with (ie, Si and BN).

具体的には、本発明に係るサーミスタ材料は、Si、ホウ素化合物、及びBNの含有量は、それぞれ、0.1%以下となる。
ここで、「Xの含有量(%)」とは、サーミスタ材料を粉砕して粉末X線回折パターンを取得し、リートベルト法によりXの組成を定量して得られる含有量(重量%)をいう。
Specifically, the thermistor material according to the present invention has a Si, boron compound, and BN content of 0.1% or less, respectively.
Here, the "content of X (%)" is the content (% by weight) obtained by pulverizing the thermistor material to obtain a powder X-ray diffraction pattern and quantifying the composition of X by the Rietveld method. Say.

[1.3. サーミスタ材料の特性]
[1.3.1. 強度]
絶縁性セラミックスがSi34などのSiを含む窒化物系セラミックスである場合において、原料中にBやホウ素化合物を添加すると、これらが反応してBNが生成する。BNは、サーミスタ材料の強度を低下させる原因となる。
これに対し、本発明に係るサーミスタ材料は、原料としてBやホウ素化合物を用いないので、絶縁性セラミックスとして窒化物系セラミックスを用いた場合であっても、材料中にBNが生成することがない。そのため、従来の低温域用サーミスタ材料に比べて強度が高い。
[1.3. Properties of thermistor material]
[13.1. Strength]
When the insulating ceramic is a nitride-based ceramic containing Si such as Si 3 N 4 , when B or a boron compound is added to the raw material, these react to form BN. BN causes a decrease in the strength of the thermistor material.
On the other hand, since the thermistor material according to the present invention does not use B or a boron compound as a raw material, BN is not generated in the material even when a nitride ceramic is used as the insulating ceramic. .. Therefore, the strength is higher than that of the conventional thermistor material for low temperature range.

具体的には、本発明に係るサーミスタ材料は、曲げ強度が300MPa以上900MPa以下となる。製造条件を最適化すると、その曲げ強度は、350MPa以上、あるいは、400MPa以上となる。 Specifically, the thermistor material according to the present invention has a bending strength of 300 MPa or more and 900 MPa or less. When the manufacturing conditions are optimized, the bending strength is 350 MPa or more, or 400 MPa or more.

[1.3.2. 温度抵抗変化率(B値)]
本発明において、「温度抵抗変化率(B値)」とは、電気抵抗(R)と温度(T;セルシウス温度)の関係をR=Aexp(−BT)で近似したときの定数Bをいう。
本発明に係るサーミスタ材料において、電気抵抗(R)と温度(T)との関係をR=Aexp(−BT)で表した場合、少なくとも−80℃〜500℃の温度範囲においてlogRがTに対して直線的に変化する(電気抵抗(R)が温度に対して片対数グラフ上で直線的に変化する)。しかも、その傾き(B値)は、相対的に大きい。そのため、低温域において、温度を正確に検出することができる。B値は、サーミスタ材料の組成により若干異なるが、後述する方法を用いると0.01以上0.025以下の範囲となる。
[1.3.2. Temperature resistance change rate (B value)]
In the present invention, the "temperature resistance change rate (B value)" refers to a constant B when the relationship between the electrical resistance (R) and the temperature (T; Celsius temperature) is approximated by R = Aexp (−BT).
In the thermistor material according to the present invention, when the relationship between the electric resistance (R) and the temperature (T) is expressed by R = Aexp (−BT), the logR is relative to T in the temperature range of at least −80 ° C. to 500 ° C. (Electrical resistance (R) changes linearly with temperature on a semi-log graph). Moreover, the slope (B value) is relatively large. Therefore, the temperature can be accurately detected in the low temperature range. The B value varies slightly depending on the composition of the thermistor material, but it is in the range of 0.01 or more and 0.025 or less when the method described later is used.

[1.3.3. 比抵抗値]
サーミスタ材料の比抵抗値は、半導体である導電性粒子の量、粒径、及び分散状態に依存する。一般に、導電性粒子の量が多くなるほど、あるいは、これらの結晶粒間の接触点の数や面積が増大するほど、サーミスタ材料の比抵抗値が低下する。
[1.3.3. Specific resistance value]
The resistivity value of the thermistor material depends on the amount, particle size, and dispersed state of the conductive particles that are semiconductors. In general, as the amount of conductive particles increases, or as the number and area of contact points between these crystal grains increase, the resistivity value of the thermistor material decreases.

一般に、サーミスタ材料の比抵抗値が小さくなりすぎると、自己発熱によって比抵抗値が低下し、その結果、サーミスタの比抵抗値が不安定になる。従って、サーミスタ材料の0℃での比抵抗値は、0.5kΩcm以上が好ましい。比抵抗値は、好ましくは、0.7kΩcm以上、さらに好ましくは、1.0kΩcm以上である。
一方、サーミスタ材料の比抵抗値が大きくなりすぎると、電流値が小さくなるため、温度変化による電流(電圧)の変化が小さくなり、測定不能になる。従って、サーミスタ材料の0℃での比抵抗値は、200kΩcm以下が好ましい。比抵抗値は、好ましくは、100kΩcm以下、さらに好ましくは、50kΩcm以下である。
In general, if the specific resistance value of the thermistor material becomes too small, the specific resistance value decreases due to self-heating, and as a result, the specific resistance value of the thermistor becomes unstable. Therefore, the specific resistance value of the thermistor material at 0 ° C. is preferably 0.5 kΩcm or more. The specific resistance value is preferably 0.7 kΩcm or more, more preferably 1.0 kΩ cm or more.
On the other hand, if the specific resistance value of the thermistor material becomes too large, the current value becomes small, so that the change in the current (voltage) due to the temperature change becomes small, and measurement becomes impossible. Therefore, the specific resistance value of the thermistor material at 0 ° C. is preferably 200 kΩcm or less. The specific resistance value is preferably 100 kΩcm or less, more preferably 50 kΩ cm or less.

[2. サーミスタ材料の製造方法]
本発明に係るサーミスタ材料の製造方法は、
主原料として、絶縁性セラミックス粉末、所定量のドーパントを含むα−SiC粉末、及び焼結助剤を含む混合物を得る混合工程と、
前記混合物を成形し、焼結する成形・焼結工程と
を備えている。
[2. Thermistor material manufacturing method]
The method for producing a thermistor material according to the present invention is as follows.
A mixing step of obtaining a mixture containing an insulating ceramic powder, an α-SiC powder containing a predetermined amount of a dopant, and a sintering aid as a main raw material.
It is provided with a molding / sintering step of molding and sintering the mixture.

[2.1. 混合工程]
まず、主原料として、絶縁性セラミックス粉末、所定量のドーパントを含むα−SiC粉末、及び焼結助剤を含む混合物を得る(混合工程)。原料粉末を混合する際には、必要に応じて、バインダーや分散安定剤などの他の添加剤を添加し、造粒処理を行っても良い。このような処理を行うことによって、成形(圧粉)性が向上する。
[2.1. Mixing process]
First, as a main raw material, an insulating ceramic powder, an α-SiC powder containing a predetermined amount of dopant, and a mixture containing a sintering aid are obtained (mixing step). When mixing the raw material powders, if necessary, other additives such as a binder and a dispersion stabilizer may be added to carry out the granulation treatment. By performing such a treatment, the moldability (compacting property) is improved.

[2.1.1. 主原料]
[A. 絶縁性セラミックス粉末]
原料中に添加された絶縁性セラミックス粉末は、焼結体のマトリックス結晶粒となる。焼結体の密度が低くなるほど、より多くの開気孔が残存し、焼結体内部に酸素が拡散しやすくなる。本発明においては原料中にSiC粉末が添加されるが、SiC粉末は難焼結であることから、焼結体中において凝集し、開気孔を形成しやすい。緻密な焼結体を得るためには、絶縁性セラミックス粉末の平均粒径(一次粒子径)は、小さいほど良い。また、成形性が良くなる程度に粒度分布がブロードな方が良い。緻密な焼結体を得るためには、絶縁性セラミックス粉末の平均粒径(一次粒子径)は、1μm以下が好ましい。平均粒径は、好ましくは、0.7μm以下、さらに好ましくは、0.5μm以下である。
ここで、「平均粒径」とは、レーザー回折・散乱法により測定された粉末の粒径のメディアン径(D50)をいう。
[2.1.1. Main raw material]
[A. Insulating ceramic powder]
The insulating ceramic powder added to the raw material becomes matrix crystal grains of the sintered body. The lower the density of the sintered body, the more open pores remain, and the easier it is for oxygen to diffuse inside the sintered body. In the present invention, SiC powder is added to the raw material, but since SiC powder is difficult to sinter, it tends to aggregate in the sintered body and form open pores. In order to obtain a dense sintered body, the smaller the average particle size (primary particle size) of the insulating ceramic powder, the better. Further, it is better that the particle size distribution is broad enough to improve the moldability. In order to obtain a dense sintered body, the average particle size (primary particle size) of the insulating ceramic powder is preferably 1 μm or less. The average particle size is preferably 0.7 μm or less, more preferably 0.5 μm or less.
Here, the "average particle size" refers to the median diameter (D 50 ) of the particle size of the powder measured by the laser diffraction / scattering method.

[B. SiC粉末]
導電性粒子の原料には、所定量のドーパントを含むα−SiC粉末を用いる。ドーパントの種類及び量については、上述した通りであるので、説明を省略する。
原料中に添加されたSiC粉末は、焼結体中において導電パスの一部を形成する。SiC粉末は、焼結中に粒成長することはほとんどないが、その一部が他の原料と反応し、SiC粉末の表面又は他の原料(例えば、絶縁性セラミックス粉末)の表面に結晶質の無機化合物が生成する場合がある。
[B. SiC powder]
As a raw material for the conductive particles, α-SiC powder containing a predetermined amount of dopant is used. The type and amount of the dopant are as described above, and thus the description thereof will be omitted.
The SiC powder added to the raw material forms part of the conductive path in the sintered body. The SiC powder rarely grows during sintering, but a part of it reacts with other raw materials and becomes crystalline on the surface of the SiC powder or the surface of other raw materials (for example, insulating ceramic powder). Inorganic compounds may be produced.

SiC粉末の平均粒径D50は、相対的に大きくても良い。しかし、SiC粉末のD50が大きくなりすぎると、焼結体の密度が低下し、あるいは、比抵抗値のバラツキが大きくなる。焼結体を緻密化し、かつ、比抵抗値のバラツキを小さくするためには、SiC粉末のD50は、5μm以下が好ましい。D50は、好ましくは、1μm以下、さらに好ましくは、0.5μm以下、さらに好ましくは、0.2μm以下である。 The average particle size D 50 of the SiC powder may be relatively large. However, if the D 50 of the SiC powder becomes too large, the density of the sintered body decreases, or the variation in the specific resistance value becomes large. In order to densify the sintered body and reduce the variation in the specific resistance value, the D 50 of the SiC powder is preferably 5 μm or less. D 50 is preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, still more preferably 0.2 μm or less.

[C. 焼結助剤]
原料中に添加される焼結助剤は、焼結体中において粒界相の全部又は一部を構成する。粒界相は、実質的に焼結助剤のみから形成される場合と、焼結助剤と他の原料粉末(例えば、絶縁性セラミックス粉末表面の酸化物(例えば、SiO2など)とが反応することにより形成される場合とがある。本発明において、焼結助剤の組成は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適なものを選択することができる。焼結助剤としては、例えば、Al23、AlN、Y23、Yb23、SiO2、Lu23、CeO2、MgO、ZrO2、SrO、HfO2、Cr23などがある。
[C. Sintering aid]
The sintering aid added to the raw material constitutes all or part of the grain boundary phase in the sintered body. When the grain boundary phase is formed substantially only from the sintering aid, the sintering aid reacts with other raw material powders (for example, oxides on the surface of the insulating ceramic powder (for example, SiO 2 )). In the present invention, the composition of the sintering aid is not particularly limited, and the optimum one can be selected according to the purpose. As the sintering aid. For example, there are Al 2 O 3 , Al N, Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , SiO 2 , Lu 2 O 3 , CeO 2 , MgO, ZrO 2 , SrO, HfO 2 , Cr 2 O 3 .

緻密な焼結体を得るためには、焼結助剤の平均粒径D50もまた、小さいほど良い。緻密な焼結体を得るためには、焼結助剤のD50は、0.5μm以下が好ましい。D50は、好ましくは、0.3μm以下、さらに好ましくは、0.1μm以下である。 In order to obtain a dense sintered body, the smaller the average particle size D 50 of the sintering aid is, the better. In order to obtain a dense sintered body, the D 50 of the sintering aid is preferably 0.5 μm or less. D 50 is preferably 0.3 μm or less, more preferably 0.1 μm or less.

[2.1.2. 各原料の配合量]
各原料は、目的とする組成を有するサーミスタ材料が得られるように配合する。上述した組成を有するサーミスタ材料を得るためには、混合工程は、
SiC粉末の配合量が14vol%超40vol%未満となり、
焼結助剤の配合量が4vol%以上15vol%未満となり、
残部が絶縁性セラミックス粉末となるように、これらを混合するのが好ましい。
[2.1.2. Blending amount of each raw material]
Each raw material is blended so as to obtain a thermistor material having a desired composition. To obtain a thermistor material with the composition described above, the mixing step is
The amount of SiC powder blended is more than 14 vol% and less than 40 vol%.
The blending amount of the sintering aid is 4 vol% or more and less than 15 vol%.
It is preferable to mix these so that the balance becomes an insulating ceramic powder.

[2.1.3. 混合方法]
原料の混合方法は、特に限定されるものではなく、種々の方法を用いることができる。また、混合時に原料の粉砕を併せて行っても良い。さらに、スプレードライヤー等の噴霧乾燥を行い、混合/粉砕した粉末を造粒しても良い。原料粉末を造粒することにより、金型内での流動性が改良され、成形性及び緻密性を向上させることができる。
[2.1.3. Mixing method]
The method for mixing the raw materials is not particularly limited, and various methods can be used. Moreover, you may also grind the raw material at the time of mixing. Further, the mixed / crushed powder may be granulated by spray drying with a spray dryer or the like. By granulating the raw material powder, the fluidity in the mold can be improved, and the moldability and the compactness can be improved.

[2.2. 焼結工程]
次に、混合工程で得られた前記混合物を成形し、焼結する(成形・焼結工程)。
[2.2. Sintering process]
Next, the mixture obtained in the mixing step is molded and sintered (molding / sintering step).

[2.2.1. 成形方法及び焼結方法]
成形方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な方法を選択することができる。成形方法としては、具体的には、プレス成形法、CIP成形法、鋳込み成形法、可塑成形法、射出成形法、スリップキャスト成形法、ガラス封止法、押し出し成形法、テープ成形法、ドクターブレード法などがある。また、焼結後の仕上加工の工数を削減するために、予めバインダーを入れた成形体に対して生加工を施しても良い。
同様に、焼結方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な方法を選択することができる。緻密な焼結体を得るためには、ホットプレス処理、SPS(Spark Plasma Sintering)処理、HIP処理等の加圧焼結が好ましい。
[2.2.1. Molding method and sintering method]
The molding method is not particularly limited, and the optimum method can be selected according to the purpose. Specific examples of the molding method include a press molding method, a CIP molding method, a casting molding method, a plastic molding method, an injection molding method, a slip cast molding method, a glass sealing method, an extrusion molding method, a tape molding method, and a doctor blade. There is a law and so on. Further, in order to reduce the man-hours for finishing after sintering, the molded product containing the binder in advance may be subjected to raw processing.
Similarly, the sintering method is not particularly limited, and the optimum method can be selected according to the purpose. In order to obtain a dense sintered body, pressure sintering such as hot press treatment, SPS (Spark Plasma Sintering) treatment, and HIP treatment is preferable.

[2.2.2. 成形条件及び焼結条件]
成形体の成形条件及び焼結条件は、目的に応じて最適な条件を選択する。また、比抵抗値や温度抵抗変化率(B値)は、成形条件及び焼結条件だけでなく、粉砕・混合条件(主として、主原料の配合比、粒径比)にも依存する。
[2.2.2. Molding conditions and sintering conditions]
The optimum molding conditions and sintering conditions for the molded product are selected according to the purpose. Further, the specific resistance value and the temperature resistivity change rate (B value) depend not only on the molding conditions and the sintering conditions but also on the pulverization / mixing conditions (mainly the mixing ratio of the main raw materials and the particle size ratio).

焼結温度は、材料組成に応じて最適な温度を選択する。一般に、焼結温度が高くなるほど、高密度の焼結体が得られ、かつ、材料間の反応も十分に進行する。一方、焼結温度が高すぎると、マトリックス結晶粒の粒成長が過度に進行し、強度や破壊靱性等の機械的特性の低下が起こるとともに、SiC結晶粒の分布が不均一となる。さらに、原料が分解・昇華するおそれもある。従って、焼結温度は1800℃以上1900℃未満が好ましい。 The optimum sintering temperature is selected according to the material composition. In general, the higher the sintering temperature, the higher the density of the sintered body, and the more the reaction between the materials proceeds. On the other hand, if the sintering temperature is too high, the grain growth of the matrix crystal grains progresses excessively, the mechanical properties such as strength and fracture toughness deteriorate, and the distribution of the SiC crystal grains becomes non-uniform. Furthermore, the raw material may be decomposed and sublimated. Therefore, the sintering temperature is preferably 1800 ° C. or higher and lower than 1900 ° C.

焼結時間は、焼結温度に応じて、最適な時間を選択するのが好ましい。一般に、原料中に相対的に多量のB粉末が含まれている場合において、焼結温度が高すぎる時及び/又は焼結時間が長すぎる時には、過剰のSi相(液相)が生成するおそれがある。Siは、1410℃以上で液相を形成して拡散しやすくなる。その結果、焼結体内の組成が不均一となり、サーミスタ特性にばらつきが生じるおそれがある。 It is preferable to select the optimum sintering time according to the sintering temperature. Generally, when a relatively large amount of B powder is contained in the raw material, when the sintering temperature is too high and / or the sintering time is too long, an excess Si phase (liquid phase) may be generated. There is. Si forms a liquid phase at 1410 ° C. or higher and easily diffuses. As a result, the composition in the sintered body becomes non-uniform, and the thermistor characteristics may vary.

[3. 作用]
絶縁性セラミックス内に、適量のp型ドーパント及び/又はn型ドーパントを含むα−SiCを導電性粒子として分散させると、原料中に、B、TiB2などの温度抵抗係数(B値)を大きくするための成分を添加しなくても、低温域において高精度の温度検出が可能なサーミスタ材料が得られる。
これは、キャリア濃度が最適化されたα−SiCをマトリックス中に分散させることによって、サーミスタ材料の移動度の影響が大幅に小さくなる一方、サーミスタ材料のキャリア濃度の温度依存性が支配的となるために、温度抵抗変化率(B値)が大きくなるためと考えられる。
[3. Action]
When α-SiC containing an appropriate amount of p-type dopant and / or n-type dopant is dispersed as conductive particles in the insulating ceramic, the temperature resistance coefficient (B value) of B, TiB 2, etc. is increased in the raw material. A thermistor material capable of highly accurate temperature detection in a low temperature range can be obtained without adding a component for this purpose.
This is because the carrier concentration-optimized α-SiC is dispersed in the matrix, so that the influence of the mobility of the thermistor material is greatly reduced, while the temperature dependence of the carrier concentration of the thermistor material becomes dominant. Therefore, it is considered that the temperature resistance change rate (B value) becomes large.

(実施例1)
[1. 試料の作製]
絶縁性セラミックスの原料には、Si34粉末を用いた。導電性粒子の原料には、Bを1×1018cm-3、Nを1×1017cm-3含有するα−SiC粉末を用いた。焼結助剤には、Y23粉末を用いた。Si34粉末:α−SiC粉末:Y23粉末=60vol%:35vol%:5vol%となるように秤量し、これらの原料をエタノール中で混合し、乾燥させた。
(Example 1)
[1. Preparation of sample]
Si 3 N 4 powder was used as a raw material for the insulating ceramics. The raw material of the conductive particles, B to 1 × 10 18 cm -3, with 1 × 10 17 cm -3 α- SiC powder containing N. Y 2 O 3 powder was used as the sintering aid. Weighed so that Si 3 N 4 powder: α-SiC powder: Y 2 O 3 powder = 60 vol%: 35 vol%: 5 vol%, and these raw materials were mixed in ethanol and dried.

得られた混合粉末をホットプレスにより焼結させ、円板状焼結体(ウェハー)を得た。加圧力は20MPaとし、焼結温度は1850℃とした。得られたウェハーから、2mm角×厚さ0.8mmのサンプルを切り出し、上下面にNi電極を形成した。これをさらに熱処理し、チップ素子を得た。 The obtained mixed powder was sintered by hot pressing to obtain a disk-shaped sintered body (wafer). The pressing force was 20 MPa, and the sintering temperature was 1850 ° C. A 2 mm square × 0.8 mm thick sample was cut out from the obtained wafer, and Ni electrodes were formed on the upper and lower surfaces. This was further heat-treated to obtain a chip element.

[2. 試験方法及び結果]
[2.1. B値]
チップ素子のサーミスタ特性を評価した。図1に、実施例1で得られたサーミスタ素子の温度Tと比抵抗値ρとの関係を示す。得られたチップ素子は、比抵抗値ρ=7.90exp(−0.018T)(T:温度)のサーミスタ特性が得られた。すなわち、0℃での比抵抗値は7.9kΩcmであり、温度検出感度(温度抵抗変化率)は0.018の高い値を示した。
[2. Test method and results]
[2.1. B value]
The thermistor characteristics of the chip element were evaluated. FIG. 1 shows the relationship between the temperature T of the thermistor element obtained in Example 1 and the specific resistance value ρ. The obtained chip element had thermistor characteristics with a specific resistance value ρ = 7.90exp (−0.018T) (T: temperature). That is, the specific resistance value at 0 ° C. was 7.9 kΩcm, and the temperature detection sensitivity (temperature resistivity change rate) showed a high value of 0.018.

[2.2. 抵抗値バラツキ]
次に、ウェハーの異なる位置から複数のサンプルを切り出し、チップ素子を作製した。各チップ素子について、−40℃で比抵抗値を測定した。得られた比抵抗値から、抵抗値ばらつき(=比抵抗値の標準偏差×100/比抵抗値の平均値)を算出した。
図2に、実施例1で得られたウェハーの中心からの距離と比抵抗値ρとの関係を示す。図2より、得られたウェハーは、半径方向の比抵抗値分布が安定していることがわかる。実施例1で得られたウェハーの場合、抵抗値ばらつきは0.6%程度であった。
[2.2. Resistance value variation]
Next, a plurality of samples were cut out from different positions on the wafer to prepare a chip element. The specific resistance value of each chip element was measured at −40 ° C. From the obtained specific resistance value, the resistance value variation (= standard deviation of the specific resistance value × 100 / average value of the specific resistance value) was calculated.
FIG. 2 shows the relationship between the distance from the center of the wafer obtained in Example 1 and the resistivity value ρ. From FIG. 2, it can be seen that the obtained wafer has a stable resistivity distribution in the radial direction. In the case of the wafer obtained in Example 1, the resistance value variation was about 0.6%.

[2.3. キャリア濃度及び移動度]
ウェハーから4mm角×厚さ0.8mmのサンプルを切り出し、四隅に1mm角のNi電極を形成した。室温でホール測定を行い、サーミスタ基材のキャリア濃度と移動度を求めたところ、キャリア濃度は5×1015cm-3、移動度は2×10-2cm2/V・sであった。
[2.3. Carrier concentration and mobility]
A 4 mm square × 0.8 mm thick sample was cut out from the wafer, and 1 mm square Ni electrodes were formed at the four corners. Hall measurements were performed at room temperature to determine the carrier concentration and mobility of the thermistor substrate. The carrier concentration was 5 × 10 15 cm -3 , and the mobility was 2 × 10-2 cm 2 / V · s.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明に係るサーミスタ材料は、大気中において、−80℃〜500℃程度の温度域で使用する温度センサーとして使用することができる。 The thermistor material according to the present invention can be used as a temperature sensor used in a temperature range of about -80 ° C to 500 ° C in the atmosphere.

Claims (7)

以下の構成を備えたサーミスタ材料。
(1)前記サーミスタ材料は、
絶縁性セラミックスからなるマトリックス結晶粒と、
前記マトリックス結晶粒子間に分散している導電性粒子と、
粒界相と、
を備えている。
(2)前記導電性粒子は、B、Al、及び/又はNがドープされたα−SiCからなる。
(3)前記サーミスタ材料は、室温でのキャリア濃度が1×1014cm-3以上1×1019cm-3以下である。
Thermistor material with the following configurations.
(1) The thermistor material is
Matrix crystal grains made of insulating ceramics and
Conductive particles dispersed between the matrix crystal particles and
Grain boundary phase and
Is equipped with.
(2) The conductive particles are made of α-SiC doped with B, Al, and / or N.
(3) The thermistor material has a carrier concentration of 1 × 10 14 cm -3 or more and 1 × 10 19 cm -3 or less at room temperature.
前記サーミスタ材料の移動度が1×10-4cm2/V・s以上1cm2/V・s以下である請求項1に記載のサーミスタ材料。 The thermistor material according to claim 1, wherein the thermistor material has a mobility of 1 × 10 -4 cm 2 / V · s or more and 1 cm 2 / V · s or less. 曲げ強度が300MPa以上900MPa以下である請求項1又は2に記載のサーミスタ材料。 The thermistor material according to claim 1 or 2, wherein the bending strength is 300 MPa or more and 900 MPa or less. Siの含有量が0.1%以下である請求項1から3までのいずれか1項に記載のサーミスタ材料。 The thermistor material according to any one of claims 1 to 3, wherein the Si content is 0.1% or less. ホウ素化合物の含有量が0.1%以下である請求項1から4までのいずれか1項に記載のサーミスタ材料。 The thermistor material according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of the boron compound is 0.1% or less. BNの含有量が0.1%以下である請求項1から5までのいずれか1項に記載のサーミスタ材料。 The thermistor material according to any one of claims 1 to 5, wherein the BN content is 0.1% or less. 前記絶縁性セラミックスは、Si34、SiALON、AlN、Al23、及び、Y2Si27からなる群から選ばれるいずれか1以上を含む請求項1から6までのいずれか1項に記載のサーミスタ材料。 The insulating ceramic is any one of claims 1 to 6 including any one or more selected from the group consisting of Si 3 N 4 , Si ALON, Al N, Al 2 O 3 , and Y 2 Si 2 O 7. Thermistor material described in section.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114455943A (en) * 2022-03-30 2022-05-10 成都大学 With Y2Si2O7Si as a matrix3N4/SiO2Preparation method of/SiC-based microwave absorbing ceramic

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