JP2605314B2

JP2605314B2 - 半導体磁器物質

Info

Publication number: JP2605314B2
Application number: JP62308236A
Authority: JP
Inventors: 修神田; 勉坂下
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1987-12-04
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: JPH01149413A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は粒界誘電体層型の半導体磁器コンデンサ等と
して用いられる半導体磁器物質に関する。

〔従来技術〕

一般にチタン酸ストロンチウム（SrTiO₃）等を主体と
する半導体磁器の結晶粒界に誘電体層を形成して構成さ
れる半導体磁器物質は誘電率が高く、また電気的安定性
に優れていることから、近時コンデンサ，バリスター，
サーミスター等に広く利用されている。

ところで従来におけるこの種の半導体磁器物質は主成
分であるチタン酸ストロンチウムに、結晶粒の半導体化
のための原子価制御剤として酸化ニオブ（Nb₂O₅）、酸
化イットリウム（Y₂O₃）等を、また焼結助剤として酸化
ケイ素（SiO₂）、酸化マンガン（MnO₂）等を夫々添加
し、中性又は還元雰囲気中で焼結し、得られた半導体磁
器に拡散物質として酸化ビスマス（Bi₂O₃），酸化銅（C
uO），酸化マンガン（MnO₂）等の混合物を結晶粒界に熱
拡散させることにより得ている（特公昭58−23922
号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕拡散物質として用いる混合物はその成分が、例えばコ
ンデンサの電気的特性に大きな影響を及ぼすことは知ら
れているが、従来用いられている混合物である酸化ビス
マス（Bi₂O₃）はコンデンサとしての誘電率（εapp）、
誘電正接（tanδ）について優れた特性が得られる反
面、絶縁抵抗率（ρapp）が低く、また酸化銅（CuO）、
或いは酸化マンガン（MnO₂）は絶縁抵抗率（ρapp）に
ついて優れた特性が得られる反面、誘電率（εapp）が
低く、更にこれら各金属酸化物の混合物を用いた場合に
も平均的レベルの電気的特性は得られるものの誘電率、
誘電正接、絶縁抵抗率のいずれにも十分な値が得られな
いという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、そ
の目的とするところは誘電率，絶縁抵抗率が共に向上し
た粒界誘電体層型の半導体磁器物質を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る半導体磁器物質は半導体磁器の結晶粒界
に、酸化ビスマス（Bi₂O₃）が20〜80モル％、酸化銅（C
uO）が10〜50モル％及び炭酸セシウム（Cs₂CO₃），水酸
化セシウム（CsOH），酸化セシウム（Cs₂O），三酸化二
セシウム（Cs₂O₃），過酸化セシウム（Cs₂O₂）のうちの
１種又は２種以上が10〜70モル％からなる組成物が拡散
して前記結晶粒界に誘電体層を形成してなることを特徴
とする。

〔作用〕

本発明にあってはこれによって誘電率、絶縁抵抗率の
いずれにも高い値が得られる。

〔実施例〕

例えば主成分であるチタン酸ストロンチウム（SrTi
O₃）に、酸化ニオブ（Nb₂O₅）を0.1〜２モル％、酸化マ
ンガン（MnO₂）を0.1〜２モル％の各範囲で添加したも
のを原料として直径10mm、厚さ0.8mmの円板状の素体を
加圧成形し、次にこの円板状の素体を、例えば水素１〜
15％、窒素99〜85％の還元雰囲気中で1400〜1540℃で４
〜10時間焼成して半導体磁器を得、更にこの半導体磁器
に拡散物質として下記の混合物を塗布し、大気中で1000
〜1350℃で１〜２時間焼成を行って本発明の半導体磁器
物質を得、その後この半導体磁器物質の両面に、例えば
銀ペーストを付着させ800℃で焼付けて電極を形成し、
半導体磁器コンデンサを得た。

なお円板状の素体の焼結用還元雰囲気としては水素１
〜15％、窒素99〜85％に限らず、結晶粒が十分半導体化
され得る雰囲気であればよい。また電極材料についても
Agに限らずAl、その他の材料も用いられる。

拡散物質である混合物は酸化ビスマス（Bi₂O₃）を20
〜80モル％、酸化銅（CuO）を10〜50モル％及び炭酸セ
シウム（Cs₂CO₃），水酸化セシウム（CsOH），酸化セシ
ウム（Cs₂O），三酸化二セシウム（Cs₂O₃），過酸化セ
シウム（Cs₂O₂）のうちの１種又は２種以上が10〜70モ
ル％からなる組成よりなる。

第1,2,3図は拡散物質である混合物として酸化ビスマ
ス，酸化銅及び炭酸セシウムの各成分についてその組成
を変えた混合物について、その電気的特性を調べた結果
を示している。

第１図は誘電率（εapp）×10^-4値を、また第２図は
誘電正接（tanδ）値（％）を、更に第３図は絶縁抵抗
率（ρapp）×10^-10値（Ω_-cm）を夫々示すグラフであ
り、グラフ中の黒丸印は夫々の成分組成を拡散物質とし
て得た半導体磁器物質の各供試材を、また数値は10枚の
試料の誘電率値、誘電正接値、絶縁抵抗値の平均値を示
している。

なお電気的特性のうち、誘電率（εapp）、誘電正接
（tanδ）は作成した半導体磁器コンデンサに周波数1kH
z、電圧1Vを印加して測定した値であり、また絶縁抵抗
率（ρapp）は25Vの直流電圧印加１分後の直流値を測定
し、これに基づいて算出した値である。

第1,2,3図から明らかな如く、酸化ビスマス（Bi₂O₃）
が20〜80モル％、酸化銅（CuO）が10〜50モル％、炭酸
セシウムを10〜70モル％の範囲内とした混合物を拡散物
質に用いた本発明組成物にあっては、誘電率，誘電正
接，絶縁抵抗率のいずれにおいても優れた電気的特性を
示しているのが解る。

これに対して酸化ビスマスが20モル％未満、又は90モ
ル％以上では第１図から明らかなように誘電率（εap
p）が明らかに低く、更に酸化ビスマス単体では第３図
から明らかなように絶縁抵抗率に著しい低下が認められ
る。

また、酸化銅が60モル％以上では第１、２図から明ら
かな如く誘電率、誘電正接が共に劣り、また10モル％未
満では第1,3図から明らかな如く誘電率、絶縁抵抗率は
共に十分な値が得られていないことが解る。

更に炭酸セシウムが80モル％以上、又は10モル％未満
では誘電率，誘電正接，絶縁抵抗率のいずれかに劣った
値が認められる。

ちなみに本発明物質に用いる拡散物質として酸化ビス
マスを45モル％、酸化銅を10モル％、炭酸セシウムを45
モル％からなる組成の混合物を用いた場合、酸化ビスマ
ス単体又は酸化銅単体を用いる場合と比較して誘電率で
1.5倍乃至1.9倍、絶縁抵抗率で１桁乃至３桁の向上が図
れることが解る。

なお、拡散物質の一つとして炭酸セシウムの場合につ
き説明したが、他の水酸化セシウム，酸化セシウム，三
酸化二セシウム，過酸化セシウム、又はこれらの２種以
上の混合物についても10〜70モル％の範囲内で略同様の
効果があることが確認された。

なお、本発明に係る半導体磁器物質をコンデンサに利
用する場合について説明したが、本発明はこれに限るも
のではなく他の用途にも使えることは言うまでもない。

〔効果〕以上の如く本発明にあっては、拡散物質として酸化ビ
スマス、酸化銅及び炭酸セシウム，水酸化セシウム，酸
化セシウム，三酸化二セシウム，過酸化セシウムの少な
くとも１種又は２種以上を組合せてなる組成物を用いて
あるから誘電率，絶縁抵抗率が大幅に向上し得る優れた
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は拡散物質の組成と誘電率との関係を示す図、第
２図は拡散物質の組成と誘電正接との関係を示す図、第
３図は拡散物質の組成と絶縁抵抗率との関係を示す図で
ある。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体磁器の結晶粒の結晶粒界に、酸化ビ
スマス（Bi₂O₃）20〜80モル％，酸化銅（CuO）10〜50モ
ル％及び炭酸セシウム（Cs₂CO₃），水酸化セシウム（Cs
OH），酸化セシウム（Cs₂O），三酸化二セシウム（Cs₂O
₃），過酸化セシウム（Cs₂O₂）のうちの１種又は２種以
上が10〜70モル％からなる組成物が拡散して、前記結晶
粒界に誘電体層を形成してなることを特徴とする半導体
磁器物質。