JP2679065B2

JP2679065B2 - 半導体磁器物質

Info

Publication number: JP2679065B2
Application number: JP62308238A
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: 1997-11-19
Anticipated expiration: 2012-11-19
Also published as: JPH01149414A

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（ε）、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（ρ）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（ρ）について優れ
た特性が得られる反面、誘電率（ε）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
の結晶粒界に、酸化ビスマス（Bi₂O₃）10〜80モル％，
酸化銅（CuO）10〜40モル％及びルビジウム系化合物10
〜80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の円板状の素体に
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10
〜80モル％、酸化銅（CuO）を10〜40モル％及びルビジ
ウム系化合物である炭酸ルビジウム（Rb₂CO₃），水酸化
ルビジウム（RbOH），酸化ルビジウム（Rb₂O），三酸化
二ルビジウム（Rb₂O₂），過酸化ルビジウム（Rb₂O₃），
超酸化ルビジウム（RbO₂）のうちの１種又は２種以上が
10〜80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，酸化銅及び炭酸ルビジ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（ε）×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
（ρ）×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（ε）、誘電正接（ta
nδ）は作成した半導体磁器コンデンサに周波数1kHz、
電圧1Vを印加して測定した値であり、また絶縁抵抗率
（ρ）は25Vの直流電圧印加１分後の電流値を測定し、
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）
を10〜80モル％、酸化銅（CuO）を10〜40モル％、炭酸
ルビジウムを10〜80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
示しているのが分かる。これに対して酸化ビスマスが10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（ε）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（ρ）に著しい低下が認められ
る。また、酸化銅が50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分かる。更に炭酸ルビジウムが90モル％以上、又は10モル％未
満では誘電率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％、炭酸ルビジウムを
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1.4倍乃至1.8倍、絶縁抵抗率で２桁の向上が図れ、誘
電正接についてもほとんどその特性を劣化させていない
ことが分かった。なお、拡散物質の一つとして炭酸ルビジウムの場合に
つき説明したが、他の水酸化ルビジウム，酸化ルビジウ
ム，三酸化二ルビジウム，過酸化ルビジウム，超酸化ル
ビジウム又はこれらの２種以上の混合物についても10〜
80モル％の範囲内で略同様の効果があることが確認され
た。また、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
のではなくバリスタ、サーミスタ等の他の用途にも使え
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、酸化銅及びルビジウム系化合物を組合せてなる
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】１．半導体磁器の結晶粒の結晶粒界に、酸化ビスマス
（Bi₂O₃）10〜80モル％，酸化銅（CuO）10〜40モル％及
びルビジウム系化合物10〜80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。