JP2979915B2 - 半導体磁器組成物及びその製造方法 - Google Patents
半導体磁器組成物及びその製造方法Info
- Publication number
- JP2979915B2 JP2979915B2 JP5206005A JP20600593A JP2979915B2 JP 2979915 B2 JP2979915 B2 JP 2979915B2 JP 5206005 A JP5206005 A JP 5206005A JP 20600593 A JP20600593 A JP 20600593A JP 2979915 B2 JP2979915 B2 JP 2979915B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- composition
- grain boundary
- mol
- semiconductor
- insulating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Ceramic Capacitors (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は粒界絶縁型の半導体磁器
組成物及びその製造方法に関し、より詳細には通信機器
や音響機器等に搭載される電子回路等のコンデンサに利
用される粒界絶縁型の半導体磁器組成物及びその製造方
法に関する。
組成物及びその製造方法に関し、より詳細には通信機器
や音響機器等に搭載される電子回路等のコンデンサに利
用される粒界絶縁型の半導体磁器組成物及びその製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】粒界絶縁型半導体磁器組成物は、半導体
化させたセラミックの結晶粒界に金属酸化物などを熱拡
散させて絶縁層を形成したものであり、主にコンデンサ
として用いられている。この粒界絶縁型のコンデンサで
は、一般に数ｎｍの薄い粒界層（絶縁層）の厚みを利用
するため、小型で大きな静電容量が得られるという特徴
を有する。
化させたセラミックの結晶粒界に金属酸化物などを熱拡
散させて絶縁層を形成したものであり、主にコンデンサ
として用いられている。この粒界絶縁型のコンデンサで
は、一般に数ｎｍの薄い粒界層（絶縁層）の厚みを利用
するため、小型で大きな静電容量が得られるという特徴
を有する。
【０００３】現在使用されている粒界絶縁型の半導体磁
器組成物としては、チタン酸バリウムを主成分とするも
の（以下、チタン酸バリウム系組成物と記す）、チタン
酸鉛を主成分とするもの（以下、チタン酸鉛系組成物と
記す）及びチタン酸ストロンチウムを主成分とするもの
（以下、チタン酸ストロンチウム系組成物と記す）の３
種類の半導体磁器組成物等が挙げられる。これらのう
ち、チタン酸バリウム系組成物及びチタン酸鉛系組成物
は、これら組成物の物性に起因して、比誘電率εs は大
きいが、その値は温度や周波数によって影響されやすい
という問題点がある。
器組成物としては、チタン酸バリウムを主成分とするも
の（以下、チタン酸バリウム系組成物と記す）、チタン
酸鉛を主成分とするもの（以下、チタン酸鉛系組成物と
記す）及びチタン酸ストロンチウムを主成分とするもの
（以下、チタン酸ストロンチウム系組成物と記す）の３
種類の半導体磁器組成物等が挙げられる。これらのう
ち、チタン酸バリウム系組成物及びチタン酸鉛系組成物
は、これら組成物の物性に起因して、比誘電率εs は大
きいが、その値は温度や周波数によって影響されやすい
という問題点がある。
【０００４】一方、チタン酸ストロンチウム系組成物は
誘電率εがチタン酸バリウム系組成物より小さいが、そ
の値は温度や周波数による影響を受けにくく、さらに誘
電損失が小さく、粒界の設計を行い易いという利点があ
る。前記誘電率εは下記の数１式で定義され、半導体磁
器の１つの素子特性を示すものである。
誘電率εがチタン酸バリウム系組成物より小さいが、そ
の値は温度や周波数による影響を受けにくく、さらに誘
電損失が小さく、粒界の設計を行い易いという利点があ
る。前記誘電率εは下記の数１式で定義され、半導体磁
器の１つの素子特性を示すものである。
【０００５】
【数１】 ε＝Ｃ・ｄ／Ｓ ただし、Ｃ：静電容量 Ｓ：電極面積 ｄ：電極間距離 をそれぞれ表わす。
【０００６】近年、特に電子機器や電子回路等は高い周
波数領域で用いられることが多く、また自動車用部品等
として厳しい環境下で用いられることも多いため、高周
波特性及び温度特性等に優れたこのチタン酸ストロンチ
ウム系組成物は極めて有利であり、セラミックス電子部
品メーカー各社とも前記の特徴を生かした容量性素子と
して、チタン酸ストロンチウム系組成物の高機能化、高
付加価値化をめざした研究開発を進めている。
波数領域で用いられることが多く、また自動車用部品等
として厳しい環境下で用いられることも多いため、高周
波特性及び温度特性等に優れたこのチタン酸ストロンチ
ウム系組成物は極めて有利であり、セラミックス電子部
品メーカー各社とも前記の特徴を生かした容量性素子と
して、チタン酸ストロンチウム系組成物の高機能化、高
付加価値化をめざした研究開発を進めている。
【０００７】このような公知例として、例えばチタン酸
ストロンチウムを主成分とした半導体磁器の結晶粒界に
Ｂｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ａｌなどの金属酸化物を熱拡
散させて高い誘電率を有する粒界絶縁型半導体磁器組成
物を製造した例（特公昭６２−４２３６８５号公報）、
チタン酸カルシウムをチタン酸ストロンチウムと固溶さ
せた半導体磁器の粒界にアルカリ金属を熱拡散させ、バ
リスタ機能を付与した粒界絶縁型半導体磁器組成物を製
造した例（特開昭５８−９１６０２号公報）等が挙げら
れる。
ストロンチウムを主成分とした半導体磁器の結晶粒界に
Ｂｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ａｌなどの金属酸化物を熱拡
散させて高い誘電率を有する粒界絶縁型半導体磁器組成
物を製造した例（特公昭６２−４２３６８５号公報）、
チタン酸カルシウムをチタン酸ストロンチウムと固溶さ
せた半導体磁器の粒界にアルカリ金属を熱拡散させ、バ
リスタ機能を付与した粒界絶縁型半導体磁器組成物を製
造した例（特開昭５８−９１６０２号公報）等が挙げら
れる。
【０００８】ところで、前記粒界絶縁型半導体磁器組成
物の誘電特性ならびに絶縁特性は、大きく分けてセラミ
ックス組織中の結晶粒の大きさ、構造、化学組成等の特
性、及び粒界層の化学組成、構造、その幅等に大きく支
配される。一方、近年容量性素子については、特に大き
な誘電率と高い絶縁抵抗とを同時に高いレベルにおいて
安定して発現する材料が要求されている。
物の誘電特性ならびに絶縁特性は、大きく分けてセラミ
ックス組織中の結晶粒の大きさ、構造、化学組成等の特
性、及び粒界層の化学組成、構造、その幅等に大きく支
配される。一方、近年容量性素子については、特に大き
な誘電率と高い絶縁抵抗とを同時に高いレベルにおいて
安定して発現する材料が要求されている。
【０００９】従って、誘電率が大きく、絶縁抵抗が大き
い粒界絶縁型半導体磁器組成物を製造するには、粒界層
の特性及び結晶粒の機械的構造をいかにうまく制御する
ことができるかがポイントとなる。
い粒界絶縁型半導体磁器組成物を製造するには、粒界層
の特性及び結晶粒の機械的構造をいかにうまく制御する
ことができるかがポイントとなる。
【００１０】まず粒界層に関しては、例えば、素子の静
電容量は粒界絶縁層の幅に反比例するため粒界層の幅が
大きくなる程減少し、逆に絶縁抵抗は粒界絶縁層の幅に
比例するため粒界層の幅が大きくなる程増加する。
電容量は粒界絶縁層の幅に反比例するため粒界層の幅が
大きくなる程減少し、逆に絶縁抵抗は粒界絶縁層の幅に
比例するため粒界層の幅が大きくなる程増加する。
【００１１】従って、静電容量を大きくし、かつ絶縁抵
抗を低下させないようにするためには、粒界絶縁層の幅
を制御し、かつ高絶縁性の化学組成物をこの粒界層に偏
析させる必要があり、具体的には粒界層を絶縁化するた
めの金属酸化物の組成を検討し、さらにこれを用いた熱
拡散処理の方法等の最適条件を正確に把握し、これを再
現性よく制御する必要がある。
抗を低下させないようにするためには、粒界絶縁層の幅
を制御し、かつ高絶縁性の化学組成物をこの粒界層に偏
析させる必要があり、具体的には粒界層を絶縁化するた
めの金属酸化物の組成を検討し、さらにこれを用いた熱
拡散処理の方法等の最適条件を正確に把握し、これを再
現性よく制御する必要がある。
【００１２】一方結晶粒に関して、その組成を考えてみ
ると、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3 ）は、化
学式；ＲＭＸ3 で表示されるペロブスカイト型の結晶構
造に属し、Ｒ（Ｓｒ）及びＭ（Ｔｉ）の結晶格子の位置
をどのような原子でどの程度置換するかにより誘電率等
の電気的特性が変化し、またこの化学組成の極僅かな変
動に対しても、焼結特性、すなわち焼結時の粒成長の程
度や焼結密度等が大きく影響されることが分かってい
る。
ると、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3 ）は、化
学式；ＲＭＸ3 で表示されるペロブスカイト型の結晶構
造に属し、Ｒ（Ｓｒ）及びＭ（Ｔｉ）の結晶格子の位置
をどのような原子でどの程度置換するかにより誘電率等
の電気的特性が変化し、またこの化学組成の極僅かな変
動に対しても、焼結特性、すなわち焼結時の粒成長の程
度や焼結密度等が大きく影響されることが分かってい
る。
【００１３】従って、誘電率を大きくし、かつ絶縁抵抗
を低下させないようにするためには、結晶粒の化学組成
を高誘電率のものとし、かつ結晶粒の粒径を均一化して
粒界の総数を制御することが必要となる。またこれらの
特性を安定して維持するために、化学組成の管理に細心
の注意を払い、原料配合ロット間における焼結特性や電
気特性のバラツキを無くす必要がある。
を低下させないようにするためには、結晶粒の化学組成
を高誘電率のものとし、かつ結晶粒の粒径を均一化して
粒界の総数を制御することが必要となる。またこれらの
特性を安定して維持するために、化学組成の管理に細心
の注意を払い、原料配合ロット間における焼結特性や電
気特性のバラツキを無くす必要がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなセ
ラミックスの構造や組成の制御は、上記したように理論
的にはわかっていても実際にこれらをうまく制御して、
誘電率が十分大きく、かつ絶縁抵抗も十分に高い粒界絶
縁型半導体磁器組成物を製造することは容易でなく、前
記のような高誘電率及び高絶縁抵抗の半導体磁器組成物
は今までに得られていないという課題があった。
ラミックスの構造や組成の制御は、上記したように理論
的にはわかっていても実際にこれらをうまく制御して、
誘電率が十分大きく、かつ絶縁抵抗も十分に高い粒界絶
縁型半導体磁器組成物を製造することは容易でなく、前
記のような高誘電率及び高絶縁抵抗の半導体磁器組成物
は今までに得られていないという課題があった。
【００１５】例えば、特公昭５８−２３７３０号公報に
は、チタン酸ストロンチウム系組成物の粒内組成及び粒
界絶縁層を検討することにより得られた素子特性のバラ
ツキの小さいチタン酸ストロンチウム系組成物が記載さ
れている。しかし、これらの粒界絶縁型組成物において
も、誘電率は余り高いものではなく、特性のバラツキを
小さくし、かつ絶縁抵抗に関する上記要求を十分に満足
させたものではなかった。
は、チタン酸ストロンチウム系組成物の粒内組成及び粒
界絶縁層を検討することにより得られた素子特性のバラ
ツキの小さいチタン酸ストロンチウム系組成物が記載さ
れている。しかし、これらの粒界絶縁型組成物において
も、誘電率は余り高いものではなく、特性のバラツキを
小さくし、かつ絶縁抵抗に関する上記要求を十分に満足
させたものではなかった。
【００１６】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、誘電率が従来のものと比較して十分に高く、
かつ絶縁抵抗が従来のものと同等又はそれ以上の粒界絶
縁型半導体磁器組成物を提供することを目的としてい
る。
のであり、誘電率が従来のものと比較して十分に高く、
かつ絶縁抵抗が従来のものと同等又はそれ以上の粒界絶
縁型半導体磁器組成物を提供することを目的としてい
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る半導体磁器組成物は、結晶粒内が（Ｓｒ
1-x Ｃａx ）a （Ｔｉ1-y Ｎｂy ）b Ｃｕz Ｏ3 （式
中、ｘ、ｙ及びｚは、それぞれ０＜ｘ≦０．３００、
０．００１≦ｙ≦０．０１０、０．００１≦ｚ≦０．０
２０の範囲内の値で、かつａとｂは、０．９９０≦ａ／
ｂ＜１．０００の関係を満たす値）で示される組成を有
し、結晶粒界層にさらにＢｉ、Ｃｕ及びＭｇが偏析して
いることを特徴としている。
に本発明に係る半導体磁器組成物は、結晶粒内が（Ｓｒ
1-x Ｃａx ）a （Ｔｉ1-y Ｎｂy ）b Ｃｕz Ｏ3 （式
中、ｘ、ｙ及びｚは、それぞれ０＜ｘ≦０．３００、
０．００１≦ｙ≦０．０１０、０．００１≦ｚ≦０．０
２０の範囲内の値で、かつａとｂは、０．９９０≦ａ／
ｂ＜１．０００の関係を満たす値）で示される組成を有
し、結晶粒界層にさらにＢｉ、Ｃｕ及びＭｇが偏析して
いることを特徴としている。
【００１８】また本発明に係る半導体磁器組成物の製造
方法は、上記（１）記載の半導体磁器組成物の製造方法
であって、チタン酸ストロンチウム系焼結体にＢｉ2 Ｏ
3 、ＣｕＯ及びＭｇＣＯ3 を、それぞれ３６ｍｏｌ％≦
Ｂｉ2 Ｏ3 ≦９１ｍｏｌ％、８ｍｏｌ％≦ＣｕＯ≦４９
ｍｏｌ％、１ｍｏｌ％≦ＭｇＣＯ3 ≦１５ｍｏｌ％の範
囲内で含有させて塗布し熱拡散させることを特徴として
いる。
方法は、上記（１）記載の半導体磁器組成物の製造方法
であって、チタン酸ストロンチウム系焼結体にＢｉ2 Ｏ
3 、ＣｕＯ及びＭｇＣＯ3 を、それぞれ３６ｍｏｌ％≦
Ｂｉ2 Ｏ3 ≦９１ｍｏｌ％、８ｍｏｌ％≦ＣｕＯ≦４９
ｍｏｌ％、１ｍｏｌ％≦ＭｇＣＯ3 ≦１５ｍｏｌ％の範
囲内で含有させて塗布し熱拡散させることを特徴として
いる。
【００１９】
【作用】上記構成の半導体磁器組成物によれば、結晶粒
内が（Ｓｒ1-x Ｃａx ）a （Ｔｉ1-y Ｎｂy ）b Ｃｕz
Ｏ3 （式中、ｘ、ｙ及びｚは、それぞれ０＜ｘ≦０．３
００、０．００１≦ｙ≦０．０１０、０．００１≦ｚ≦
０．０２０の範囲内の値で、かつａとｂは、０．９９０
≦ａ／ｂ＜１．０００の関係を満たす値）で示される組
成を有し、結晶粒界層にさらにＢｉ、Ｃｕ及びＭｇが偏
析しているので、前記結晶粒はその容量が大きく、平均
粒径が揃ったものとなり、一方前記結晶粒界層は高い絶
縁性を有するものとなり、その結果、前記した特性の結
晶粒と結晶粒界から構成される半導体磁器組成物は、誘
電率が大きく、しかも絶縁性に優れた粒界絶縁型の半導
体磁器組成物となる。
内が（Ｓｒ1-x Ｃａx ）a （Ｔｉ1-y Ｎｂy ）b Ｃｕz
Ｏ3 （式中、ｘ、ｙ及びｚは、それぞれ０＜ｘ≦０．３
００、０．００１≦ｙ≦０．０１０、０．００１≦ｚ≦
０．０２０の範囲内の値で、かつａとｂは、０．９９０
≦ａ／ｂ＜１．０００の関係を満たす値）で示される組
成を有し、結晶粒界層にさらにＢｉ、Ｃｕ及びＭｇが偏
析しているので、前記結晶粒はその容量が大きく、平均
粒径が揃ったものとなり、一方前記結晶粒界層は高い絶
縁性を有するものとなり、その結果、前記した特性の結
晶粒と結晶粒界から構成される半導体磁器組成物は、誘
電率が大きく、しかも絶縁性に優れた粒界絶縁型の半導
体磁器組成物となる。
【００２０】上記化学式において、ｘはＡサイトのＳｒ
に対するＣａの置換量を示し、ｘが０であると誘電損失
が劣化し、絶縁抵抗が小さくなりすぎる。他方ｘが０．
３００を超えると誘電率が小さくなりすぎる。また、ｙ
はＢサイトのＴｉに対するＮｂの置換量を示し、ｙが
０．００１未満では誘電損失が劣化し、絶縁抵抗が小さ
くなりすぎる。他方、ｙが０．０１０を超えると誘電率
が小さくなりすぎる。また、ｚはＣｕの含有量を示し、
ｚが０．００１未満であると誘電率が小さくなりすぎ
る。他方ｚが０．０２０を超えると誘電損失が劣化す
る。さらに、ａ／ｂは（Ｓｒ＋Ｃａ）／（Ｔｉ＋Ｎｂ）
のモル比を示すが、このａ／ｂが０．９９０未満である
と誘電率が小さくなりすぎる。他方、ａ／ｂが１．００
０以上になると誘電率が小さくなりすぎ、誘電損失も劣
化する。
に対するＣａの置換量を示し、ｘが０であると誘電損失
が劣化し、絶縁抵抗が小さくなりすぎる。他方ｘが０．
３００を超えると誘電率が小さくなりすぎる。また、ｙ
はＢサイトのＴｉに対するＮｂの置換量を示し、ｙが
０．００１未満では誘電損失が劣化し、絶縁抵抗が小さ
くなりすぎる。他方、ｙが０．０１０を超えると誘電率
が小さくなりすぎる。また、ｚはＣｕの含有量を示し、
ｚが０．００１未満であると誘電率が小さくなりすぎ
る。他方ｚが０．０２０を超えると誘電損失が劣化す
る。さらに、ａ／ｂは（Ｓｒ＋Ｃａ）／（Ｔｉ＋Ｎｂ）
のモル比を示すが、このａ／ｂが０．９９０未満である
と誘電率が小さくなりすぎる。他方、ａ／ｂが１．００
０以上になると誘電率が小さくなりすぎ、誘電損失も劣
化する。
【００２１】上記構成の半導体磁器組成物の製造方法に
よれば、上記（１）記載の半導体磁器組成物の製造方法
であって、チタン酸ストロンチウム系焼結体にＢｉ2 Ｏ
3 、ＣｕＯ及びＭｇＣＯ3 を、それぞれ３６ｍｏｌ％≦
Ｂｉ2 Ｏ3 ≦９１ｍｏｌ％、８ｍｏｌ％≦ＣｕＯ≦４９
ｍｏｌ％、１ｍｏｌ％≦ＭｇＣＯ3 ≦１５ｍｏｌ％の範
囲内で含有させて塗布し熱拡散させるので、静電容量が
大きく、平均粒径が揃った前記結晶粒、及び高い絶縁性
を有する結晶粒界層がそれぞれ形成され、その結果、誘
電率が大きく、しかも絶縁性に優れた粒界絶縁型の半導
体磁器組成物が製造される。
よれば、上記（１）記載の半導体磁器組成物の製造方法
であって、チタン酸ストロンチウム系焼結体にＢｉ2 Ｏ
3 、ＣｕＯ及びＭｇＣＯ3 を、それぞれ３６ｍｏｌ％≦
Ｂｉ2 Ｏ3 ≦９１ｍｏｌ％、８ｍｏｌ％≦ＣｕＯ≦４９
ｍｏｌ％、１ｍｏｌ％≦ＭｇＣＯ3 ≦１５ｍｏｌ％の範
囲内で含有させて塗布し熱拡散させるので、静電容量が
大きく、平均粒径が揃った前記結晶粒、及び高い絶縁性
を有する結晶粒界層がそれぞれ形成され、その結果、誘
電率が大きく、しかも絶縁性に優れた粒界絶縁型の半導
体磁器組成物が製造される。
【００２２】前記塗布組成物中のＢｉ2 Ｏ3 の割合が３
６ｍｏｌ％未満では前記半導体磁器組成物の誘電損失が
劣化し、他方Ｂｉ2 Ｏ3 の割合が９１ｍｏｌ％を超える
と絶縁抵抗が小さくなりすぎる。前記塗布組成物中のＣ
ｕＯの割合が８ｍｏｌ％未満では前記半導体磁器組成物
の絶縁抵抗が小さくなりすぎ、他方ＣｕＯの割合が４９
ｍｏｌ％を超えると誘電率が小さくなりすぎる。前記塗
布組成物中のＭｇＣＯ3 の割合が１ｍｏｌ％未満では前
記半導体磁器組成物の誘電率が小さくなりすぎ、他方Ｍ
ｇＣＯ3 の割合が１５ｍｏｌ％を超えると誘電損失が劣
化する。
６ｍｏｌ％未満では前記半導体磁器組成物の誘電損失が
劣化し、他方Ｂｉ2 Ｏ3 の割合が９１ｍｏｌ％を超える
と絶縁抵抗が小さくなりすぎる。前記塗布組成物中のＣ
ｕＯの割合が８ｍｏｌ％未満では前記半導体磁器組成物
の絶縁抵抗が小さくなりすぎ、他方ＣｕＯの割合が４９
ｍｏｌ％を超えると誘電率が小さくなりすぎる。前記塗
布組成物中のＭｇＣＯ3 の割合が１ｍｏｌ％未満では前
記半導体磁器組成物の誘電率が小さくなりすぎ、他方Ｍ
ｇＣＯ3 の割合が１５ｍｏｌ％を超えると誘電損失が劣
化する。
【００２３】
【実施例】以下、本発明に係る半導体磁器組成物及びそ
の製造方法の実施例及び比較例について説明する。
の製造方法の実施例及び比較例について説明する。
【００２４】まず、本発明の実施例に係るチタン酸スト
ロンチウム系半導体磁器組成物の製造方法を説明する。
ロンチウム系半導体磁器組成物の製造方法を説明する。
【００２５】セラミックス合成のための原料として、Ｓ
ｒＣＯ3 、ＣａＣＯ3 、ＴｉＯ2 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＣｕＯ
を用意し、下記の表１〜２に示した主成分組成となるよ
うに各原料を正確に秤量する。次に、秤量した各原料を
適量の玉石、分散剤、純水とともにポットミル内に投入
し、２４時間の湿式混合を行う。その後、前記工程で混
合されたスラリ状の原料を脱水乾燥させ、解砕する。次
に、解砕された粉末を、例えばジルコニア製の焼成ルツ
ボ内に移し、１１７０℃程度の温度で仮焼することによ
り、主成分組成を有するセラミックス粉末を仮焼合成す
る。そして、この仮焼合成により所定の固溶体が合成さ
れていることを、Ｘ線解析や組成分析等で確認する。実
際にこの実施例においても、Ｘ線回折及びＩＣＰ発光分
析により、調合した通りの組成を有するセラミックスが
合成されていることを確認した。
ｒＣＯ3 、ＣａＣＯ3 、ＴｉＯ2 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＣｕＯ
を用意し、下記の表１〜２に示した主成分組成となるよ
うに各原料を正確に秤量する。次に、秤量した各原料を
適量の玉石、分散剤、純水とともにポットミル内に投入
し、２４時間の湿式混合を行う。その後、前記工程で混
合されたスラリ状の原料を脱水乾燥させ、解砕する。次
に、解砕された粉末を、例えばジルコニア製の焼成ルツ
ボ内に移し、１１７０℃程度の温度で仮焼することによ
り、主成分組成を有するセラミックス粉末を仮焼合成す
る。そして、この仮焼合成により所定の固溶体が合成さ
れていることを、Ｘ線解析や組成分析等で確認する。実
際にこの実施例においても、Ｘ線回折及びＩＣＰ発光分
析により、調合した通りの組成を有するセラミックスが
合成されていることを確認した。
【００２６】次に、前記工程で仮焼合成された粉末を解
砕して、１．０μｍ前後の均一粉に整粒し、この整粒さ
れた粉末に有機バインダ等を添加して、直径が１０ｍ
ｍ、厚みが５００μｍの円板状成形体を作製する。
砕して、１．０μｍ前後の均一粉に整粒し、この整粒さ
れた粉末に有機バインダ等を添加して、直径が１０ｍ
ｍ、厚みが５００μｍの円板状成形体を作製する。
【００２７】さらに、この円板状成形体を約１０００℃
で脱脂し、該脱脂体を例えばアルミナ製の焼成ルツボに
充填し、水素濃度が１〜１５ｖｏｌ％、窒素濃度が８５
〜９９ｖｏｌ％の還元雰囲気中、１３８０〜１５５０℃
で、２．０〜８．０時間焼成し、セラミックスの焼結と
半導体化を進める。
で脱脂し、該脱脂体を例えばアルミナ製の焼成ルツボに
充填し、水素濃度が１〜１５ｖｏｌ％、窒素濃度が８５
〜９９ｖｏｌ％の還元雰囲気中、１３８０〜１５５０℃
で、２．０〜８．０時間焼成し、セラミックスの焼結と
半導体化を進める。
【００２８】次に、得られた焼結体を有機溶剤及び熱水
中で十分洗浄した後、セラミック結晶粒界を絶縁化する
ため、Ｂｉ2 Ｏ3 、ＣｕＯ及びＭｇＣＯ3 を表１〜２の
絶縁化剤組成になるように秤量し、これらと有機ビヒク
ル材とをあわせて混練することによりペースト状とし、
このペーストを焼結体１ｇ当たりに換算して２０〜５０
ｍｇ程度の割合で焼結体表面に塗布する。次に、このペ
ーストが塗布された焼結体を大気中、１０００〜１３５
BR>０℃で、０．５〜４．０時間焼成することにより粒
界層を絶縁化する。
中で十分洗浄した後、セラミック結晶粒界を絶縁化する
ため、Ｂｉ2 Ｏ3 、ＣｕＯ及びＭｇＣＯ3 を表１〜２の
絶縁化剤組成になるように秤量し、これらと有機ビヒク
ル材とをあわせて混練することによりペースト状とし、
このペーストを焼結体１ｇ当たりに換算して２０〜５０
ｍｇ程度の割合で焼結体表面に塗布する。次に、このペ
ーストが塗布された焼結体を大気中、１０００〜１３５
BR>０℃で、０．５〜４．０時間焼成することにより粒
界層を絶縁化する。
【００２９】次に、前記工程により粒界層が絶縁化され
た半導体磁器組成物の両面に市販の電極用Ａｇペースト
を印刷し、約６５０℃でこの電極を焼き付けることによ
り素子を完成させる。
た半導体磁器組成物の両面に市販の電極用Ａｇペースト
を印刷し、約６５０℃でこの電極を焼き付けることによ
り素子を完成させる。
【００３０】このようにして得られるチタン酸ストロン
チウム系の粒界絶縁型半導体磁器組成物の電気的特性を
評価する方法について、以下に説明する。なお、以下の
評価を行うために、同じ組成のサンプルを３０個作製し
た。そして、電気的特性については、それら３０個の測
定値を平均してその値とした。
チウム系の粒界絶縁型半導体磁器組成物の電気的特性を
評価する方法について、以下に説明する。なお、以下の
評価を行うために、同じ組成のサンプルを３０個作製し
た。そして、電気的特性については、それら３０個の測
定値を平均してその値とした。
【００３１】また、セラミックス結晶の平均粒径につい
ては、サンプル３０個のなかから無作為に１０個抽出
し、それらの素子の断面をＳＥＭを用いて写真撮影し、
得られた写真より直径を計算し、その平均を平均結晶粒
径とした。
ては、サンプル３０個のなかから無作為に１０個抽出
し、それらの素子の断面をＳＥＭを用いて写真撮影し、
得られた写真より直径を計算し、その平均を平均結晶粒
径とした。
【００３２】さらに電気的特性については、静電容量
（Ｃ値；ｎＦ）、誘電損失（ＤＦ値；％）及び絶縁抵抗
（ＩＲ値；Ω）についてその値を求めた。
（Ｃ値；ｎＦ）、誘電損失（ＤＦ値；％）及び絶縁抵抗
（ＩＲ値；Ω）についてその値を求めた。
【００３３】まず、静電容量と誘電損失はインピーダン
スアナライザ（ＹＨＰ製 ４１９２Ａ）を用い、周波数
ｌＫＨｚ、測定電圧１Ｖ、測定温度２０℃の条件で測定
を行う。
スアナライザ（ＹＨＰ製 ４１９２Ａ）を用い、周波数
ｌＫＨｚ、測定電圧１Ｖ、測定温度２０℃の条件で測定
を行う。
【００３４】絶縁抵抗（ＩＲ値；Ω）は直流定電圧電源
装置（ＹＨＰ製 ４１４０Ｂ）を用い、電極間に定格電
圧として直流２５Ｖを印加し、印加１分後の電流値より
算出した。
装置（ＹＨＰ製 ４１４０Ｂ）を用い、電極間に定格電
圧として直流２５Ｖを印加し、印加１分後の電流値より
算出した。
【００３５】実施例に係る半導体磁器組成物の主成分の
組成、絶縁化剤の組成、得られた半導体磁器組成物の平
均結晶粒径及び電気的特性を表１〜３に示している。
組成、絶縁化剤の組成、得られた半導体磁器組成物の平
均結晶粒径及び電気的特性を表１〜３に示している。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】上記表１〜３に示した平均結晶粒径の結果
よりわかるように、備考欄に＊印で示した比較例に相当
するものを除いて、平均結晶粒径が３０μｍ〜６０μｍ
の範囲内の値となっている。このように実施例に係る半
導体磁器組成物においては、主成分の組成を厳密に制御
し、また焼成条件等を一定の範囲で行うことにより、磁
器中の結晶粒径を制御することができる。
よりわかるように、備考欄に＊印で示した比較例に相当
するものを除いて、平均結晶粒径が３０μｍ〜６０μｍ
の範囲内の値となっている。このように実施例に係る半
導体磁器組成物においては、主成分の組成を厳密に制御
し、また焼成条件等を一定の範囲で行うことにより、磁
器中の結晶粒径を制御することができる。
【００４０】次に、表１〜２に示した電気的特性からわ
かるように、直径が８ｍｍ、その厚みが４５０μｍの素
子とした場合の静電容量（Ｃ）が８０ｎＦ以上と非常に
大きく、その誘電損失（ＤＦ）が１．５％以下と小さ
く、さらに絶縁抵抗（ＩＲ）も直流２５Ｖの定格の場
合、１．０×１０9 Ω以上と容量素子としての絶縁性を
十分満足している。
かるように、直径が８ｍｍ、その厚みが４５０μｍの素
子とした場合の静電容量（Ｃ）が８０ｎＦ以上と非常に
大きく、その誘電損失（ＤＦ）が１．５％以下と小さ
く、さらに絶縁抵抗（ＩＲ）も直流２５Ｖの定格の場
合、１．０×１０9 Ω以上と容量素子としての絶縁性を
十分満足している。
【００４１】以上のように、実施例に係る半導体磁器組
成物は、従来の半導体磁器組成物にない高い静電容量と
高絶縁性を備えており、セラミックス結晶の組成と結晶
粒径、及び粒界絶縁層の組成等が精密に制御された半導
体磁器組成物として、他の半導体磁器組成物から十分に
差別化し得るものである。
成物は、従来の半導体磁器組成物にない高い静電容量と
高絶縁性を備えており、セラミックス結晶の組成と結晶
粒径、及び粒界絶縁層の組成等が精密に制御された半導
体磁器組成物として、他の半導体磁器組成物から十分に
差別化し得るものである。
【００４２】一方、表１〜２の備考欄に＊印で示した比
較例に相当するものについては、静電容量、誘電損失、
絶縁抵抗のいずれかが劣化する等、要求される電気特性
を十分満足しないものである。また、表１〜２よりわか
るように、平均結晶が６０μｍを超えたものについて
は、その絶縁抵抗が劣化している。
較例に相当するものについては、静電容量、誘電損失、
絶縁抵抗のいずれかが劣化する等、要求される電気特性
を十分満足しないものである。また、表１〜２よりわか
るように、平均結晶が６０μｍを超えたものについて
は、その絶縁抵抗が劣化している。
【００４３】上記したように実施例に係る半導体磁器組
成物が大きな静電容量と高い絶縁抵抗を有しているが、
その理由について検討した結果を以下に説明する。
成物が大きな静電容量と高い絶縁抵抗を有しているが、
その理由について検討した結果を以下に説明する。
【００４４】図１〜３は、実施例に係る半導体磁器組成
物（試料Ｎｏ．５）について、その切断面で絶縁化剤の
成分がどのように分布しているかをＥＰＭＡ（Electron
Probe Micro Analyzer ）分析装置を用いて調べた結果
を示したチャートである。図１〜３は、それぞれＢｉ、
Ｃｕ、Ｍｇに関するものであり、図中の黒点が前記した
各元素の存在を示している。
物（試料Ｎｏ．５）について、その切断面で絶縁化剤の
成分がどのように分布しているかをＥＰＭＡ（Electron
Probe Micro Analyzer ）分析装置を用いて調べた結果
を示したチャートである。図１〜３は、それぞれＢｉ、
Ｃｕ、Ｍｇに関するものであり、図中の黒点が前記した
各元素の存在を示している。
【００４５】前記分析は、（株）島津製作所製のＥＰＭ
Ａ−８１０型を用いて行ったが、前記分析を行うにあた
り、まず試料断面を研磨し、電極界面を含む約１７８×
２３５μｍ2 領域をマッピング分析した。この場合の装
置の設定条件は、加速電圧Ｅacc ＝１５ｋＶ、分析照射
径 Φ≦１μｍである。
Ａ−８１０型を用いて行ったが、前記分析を行うにあた
り、まず試料断面を研磨し、電極界面を含む約１７８×
２３５μｍ2 領域をマッピング分析した。この場合の装
置の設定条件は、加速電圧Ｅacc ＝１５ｋＶ、分析照射
径 Φ≦１μｍである。
【００４６】図１より、Ｂｉ成分は電極界面側から粒界
全域にかけて均一拡散していることがはっきりわかる。
図２では、Ｃｕ成分が結晶粒内の成分としても使用され
ているため、結晶粒内のＣｕと絶縁化剤として使用され
たＣｕとの区別がつきにくいものの、粒界多重点にはこ
のＣｕが濃縮化され、編析していることがわかる。一
方、図３では、Ｍｇ成分はＢｉやＣｕの拡散挙動と異な
り、電極界面近傍の表層粒界部に選択的に偏析している
ことがわかる。
全域にかけて均一拡散していることがはっきりわかる。
図２では、Ｃｕ成分が結晶粒内の成分としても使用され
ているため、結晶粒内のＣｕと絶縁化剤として使用され
たＣｕとの区別がつきにくいものの、粒界多重点にはこ
のＣｕが濃縮化され、編析していることがわかる。一
方、図３では、Ｍｇ成分はＢｉやＣｕの拡散挙動と異な
り、電極界面近傍の表層粒界部に選択的に偏析している
ことがわかる。
【００４７】このように実施例に係る半導体磁器組成物
においては、従来の粒界絶縁型構造とは異なり、Ｂｉ及
びＣｕは粒界層全体に均一に偏析しているが、Ｍｇは焼
結体の表面付近（表層部）の粒界層のみに選択的に偏析
しており、このようにＭｇの拡散を制御してＭｇを表面
層近くに留めさせ、粒界層の化学組成をＭｇ成分の局在
化構造とすることにより、従来の容量性素子では成し得
なかった高絶縁性と高容量性を同時発現させることがで
きたと考えられる。
においては、従来の粒界絶縁型構造とは異なり、Ｂｉ及
びＣｕは粒界層全体に均一に偏析しているが、Ｍｇは焼
結体の表面付近（表層部）の粒界層のみに選択的に偏析
しており、このようにＭｇの拡散を制御してＭｇを表面
層近くに留めさせ、粒界層の化学組成をＭｇ成分の局在
化構造とすることにより、従来の容量性素子では成し得
なかった高絶縁性と高容量性を同時発現させることがで
きたと考えられる。
【００４８】Ｍｇの内部粒界層への拡散については、絶
縁化剤の組成や熱拡散の条件等を変えることにより、制
御することができ、従ってこれにより静電容量や絶縁抵
抗等、要求される特性に合わせて半導体磁器組成物の電
気的特性の設計を行うことができる。
縁化剤の組成や熱拡散の条件等を変えることにより、制
御することができ、従ってこれにより静電容量や絶縁抵
抗等、要求される特性に合わせて半導体磁器組成物の電
気的特性の設計を行うことができる。
【００４９】なお、上記実施例においては電極剤につい
てＡｇペーストを用いているが、電極剤は前記Ａｇペー
ストに限られず、電極を形成することが可能な材料であ
れば他のもので構わない。
てＡｇペーストを用いているが、電極剤は前記Ａｇペー
ストに限られず、電極を形成することが可能な材料であ
れば他のもので構わない。
【００５０】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る半導体
磁器組成物にあっては、結晶粒内が（Ｓｒ1-x Ｃａx ）
a （Ｔｉ1-y Ｎｂy ）b Ｃｕz Ｏ3 （式中、ｘ、ｙ及び
ｚは、それぞれ０＜ｘ≦０．３００、０．００１≦ｙ≦
０．０１０、０．００１≦ｚ≦０．０２０の範囲内の値
で、かつａとｂは、０．９９０≦ａ／ｂ＜１．０００の
関係を満たす値）で示される組成を有し、結晶粒界層に
さらにＢｉ、Ｃｕ及びＭｇが偏析しているので、誘電率
が大きく、しかも絶縁性に優れた粒界絶縁型の半導体磁
器組成物を提供することができる。
磁器組成物にあっては、結晶粒内が（Ｓｒ1-x Ｃａx ）
a （Ｔｉ1-y Ｎｂy ）b Ｃｕz Ｏ3 （式中、ｘ、ｙ及び
ｚは、それぞれ０＜ｘ≦０．３００、０．００１≦ｙ≦
０．０１０、０．００１≦ｚ≦０．０２０の範囲内の値
で、かつａとｂは、０．９９０≦ａ／ｂ＜１．０００の
関係を満たす値）で示される組成を有し、結晶粒界層に
さらにＢｉ、Ｃｕ及びＭｇが偏析しているので、誘電率
が大きく、しかも絶縁性に優れた粒界絶縁型の半導体磁
器組成物を提供することができる。
【００５１】また本発明に係る半導体磁器組成物の製造
方法にあっては、上記（１）記載の半導体磁器組成物の
製造方法であって、チタン酸ストロンチウム系焼結体に
Ｂｉ2 Ｏ3 、ＣｕＯ及びＭｇＣＯ3 を、それぞれ３６ｍ
ｏｌ％≦Ｂｉ2 Ｏ3 ≦９１ｍｏｌ％、８ｍｏｌ％≦Ｃｕ
Ｏ≦４９ｍｏｌ％、１ｍｏｌ％≦ＭｇＣＯ3 ≦１５ｍｏ
ｌ％の範囲内で含有させて塗布し熱拡散させるので、誘
電率が大きく、しかも絶縁性に優れた粒界絶縁型の半導
体磁器組成物を製造することができる。
方法にあっては、上記（１）記載の半導体磁器組成物の
製造方法であって、チタン酸ストロンチウム系焼結体に
Ｂｉ2 Ｏ3 、ＣｕＯ及びＭｇＣＯ3 を、それぞれ３６ｍ
ｏｌ％≦Ｂｉ2 Ｏ3 ≦９１ｍｏｌ％、８ｍｏｌ％≦Ｃｕ
Ｏ≦４９ｍｏｌ％、１ｍｏｌ％≦ＭｇＣＯ3 ≦１５ｍｏ
ｌ％の範囲内で含有させて塗布し熱拡散させるので、誘
電率が大きく、しかも絶縁性に優れた粒界絶縁型の半導
体磁器組成物を製造することができる。
【００５２】また、これらの発明を完成させた結果、従
来の容量性素子よりも汎用性の高いコンデンサ素子を電
子・電気機器回路等に提供することが可能となった。
来の容量性素子よりも汎用性の高いコンデンサ素子を電
子・電気機器回路等に提供することが可能となった。
【図１】本発明の実施例に係る半導体磁器組成物につい
て、切断面における絶縁化剤の成分であるＢｉの分布を
ＥＰＭＡ分析装置を用いて調べた結果を示したチャート
である。
て、切断面における絶縁化剤の成分であるＢｉの分布を
ＥＰＭＡ分析装置を用いて調べた結果を示したチャート
である。
【図２】実施例に係る半導体磁器組成物について、切断
面における絶縁化剤の成分であるＣｕの分布をＥＰＭＡ
分析装置を用いて調べた結果を示したチャートである。
面における絶縁化剤の成分であるＣｕの分布をＥＰＭＡ
分析装置を用いて調べた結果を示したチャートである。
【図３】実施例に係る半導体磁器組成物について、切断
面における絶縁化剤の成分であるＭｇの分布をＥＰＭＡ
分析装置を用いて調べた結果を示したチャートである。
面における絶縁化剤の成分であるＭｇの分布をＥＰＭＡ
分析装置を用いて調べた結果を示したチャートである。
Claims (2)
- 【請求項１】 結晶粒内が（Ｓｒ1-x Ｃａx ）a （Ｔｉ
1-y Ｎｂy ）b Ｃｕz Ｏ3 （式中、ｘ、ｙ及びｚは、そ
れぞれ０＜ｘ≦０．３００、０．００１≦ｙ≦０．０１
０、０．００１≦ｚ≦０．０２０の範囲内の値で、かつ
ａとｂは、０．９９０≦ａ／ｂ＜１．０００の関係を満
たす値）で示される組成を有し、結晶粒界層にさらにＢ
ｉ、Ｃｕ及びＭｇが偏析していることを特徴とする半導
体磁器組成物。 - 【請求項２】 チタン酸ストロンチウム系焼結体にＢｉ
2 Ｏ3 、ＣｕＯ及びＭｇＣＯ3 を、それぞれ３６ｍｏｌ
％≦Ｂｉ2 Ｏ3 ≦９１ｍｏｌ％、８ｍｏｌ％≦ＣｕＯ≦
４９ｍｏｌ％、１ｍｏｌ％≦ＭｇＣＯ3 ≦１５ｍｏｌ％
の範囲内で含有させて塗布し熱拡散させることを特徴と
する請求項１記載の半導体磁器組成物の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5206005A JP2979915B2 (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 半導体磁器組成物及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5206005A JP2979915B2 (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 半導体磁器組成物及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0757956A JPH0757956A (ja) | 1995-03-03 |
| JP2979915B2 true JP2979915B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=16516334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5206005A Expired - Lifetime JP2979915B2 (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 半導体磁器組成物及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2979915B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101701049B1 (ko) * | 2015-08-07 | 2017-01-31 | 삼성전기주식회사 | 적층 세라믹 전자부품 및 적층 세라믹 전자부품의 제조방법 |
| JP2018145075A (ja) * | 2017-03-08 | 2018-09-20 | Tdk株式会社 | 誘電体組成物及び電子部品 |
| JP2018145076A (ja) * | 2017-03-08 | 2018-09-20 | Tdk株式会社 | 誘電体組成物及び電子部品 |
-
1993
- 1993-08-20 JP JP5206005A patent/JP2979915B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0757956A (ja) | 1995-03-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20010090765A (ko) | 비환원성 유전체 세라믹 및 이것을 사용한 모놀리식세라믹 커패시터 | |
| JP2979915B2 (ja) | 半導体磁器組成物及びその製造方法 | |
| US7060144B2 (en) | Ceramic capacitor and method for the manufacture thereof | |
| JP2970405B2 (ja) | 粒界絶縁型半導体磁器組成物及びその製造方法 | |
| JP2937024B2 (ja) | 半導体磁器組成物とその製造方法 | |
| JP2616372B2 (ja) | 半導体磁器素子の製造方法 | |
| JP3000847B2 (ja) | 半導体磁器組成物及びその製造方法 | |
| JP2903991B2 (ja) | 半導体磁器組成物及びその製造方法 | |
| JP2936876B2 (ja) | 半導体磁器組成物及びその製造方法 | |
| JP2734910B2 (ja) | 半導体磁器組成物の製造方法 | |
| JP2630156B2 (ja) | 半導体磁器組成物及びその製造方法 | |
| JPH0521266A (ja) | 粒界絶縁型半導体磁器物質の製造方法 | |
| JP2713040B2 (ja) | 半導体磁器組成物及びその製造方法 | |
| JP2734888B2 (ja) | 半導体磁器組成物の製造方法 | |
| JP2937039B2 (ja) | 半導体磁器組成物とその製造方法 | |
| JP2900687B2 (ja) | 半導体磁器組成物及びその製造方法 | |
| JP2773479B2 (ja) | 粒界絶縁型半導体磁器物質及びその製造方法 | |
| JP2998586B2 (ja) | 半導体磁器組成物とその製造方法 | |
| JPH1174144A (ja) | 積層セラミックコンデンサ | |
| JP2580916B2 (ja) | 磁器組成物及びその製造方法 | |
| JPH05270908A (ja) | 半導体磁器組成物及びその製造方法 | |
| JPH09183650A (ja) | 半導体磁器組成物とその製造方法 | |
| JPH0761896B2 (ja) | 粒界絶縁型半導体磁器組成物及びその製造方法 | |
| JPH09171908A (ja) | 半導体磁器組成物とその製造方法 | |
| JPH0761863A (ja) | 半導体磁器組成物およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990817 |