JPH0547589A - 粒界絶縁型半導体磁器コンデンサ - Google Patents

粒界絶縁型半導体磁器コンデンサ

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JPH0547589A
JPH0547589A JP3031671A JP3167191A JPH0547589A JP H0547589 A JPH0547589 A JP H0547589A JP 3031671 A JP3031671 A JP 3031671A JP 3167191 A JP3167191 A JP 3167191A JP H0547589 A JPH0547589 A JP H0547589A
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semiconductor
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Tamotsu Saito
保 斎藤
Masayuki Fujimoto
正之 藤本
Yoshiaki Iguchi
喜章 井口
Masaru Masuyama
勝 増山
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁器コンデンサの比誘電率と絶縁破壊電圧と
の積の値を大きくする。 【構成】 チタン酸ストロンチウム系磁器基体2におけ
る半導体粒子5の相互間の粒界絶縁層6の厚さを500
オングストローム以下にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はチタン酸ストロンチウム
系磁器コンデンサ等の粒界絶縁型半導体磁器コンデンサ
に関する。
【0002】
【従来の技術】SrTiO3 又はSr1-x Bax TiO
3 、又はSr1-y Cay TiO3 、又はSr1-x-y Ba
x Cay TiO3 を主成分とし、Y2 3 、La
23 、Nb2 5 等の内の少なくとも1種を半導体化
成分とし、Bi2 3 、PbO、CuO、B2 3 等の
内の少なくとも1種を粒界絶縁化物質とする粒界絶縁型
半導体磁器コンデンサは公知である。この種の粒界絶縁
型半導体磁器コンデンサは、磁器基体と少なくとも2つ
の電極とを有し、磁器基体は多数の半導体粒子と、半導
体粒子相互間の絶縁層とから成る。
【0003】また、上記粒界絶縁層は、0.1〜0.2
μmの厚さを有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、粒界絶縁型
半導体磁器コンデンサにおいては、一対の電極間に、微
小コンデンサの電極として働く半導体粒子と誘電体とし
て働く粒界絶縁層とから成る微小コンデンサが複数個直
列に配置されている。従って、一対の電極間の微小コン
デンサの数が多くなると、結果としてコンデンサの容量
が低下する。従って、高い比誘電率を得ようとする時に
は、半導体粒子の径が比較的大きくされるか、或いは磁
器素体の厚みが小さくされ、一対の電極間に存在する半
導体粒子ならびに粒界絶縁層の数、即ち微小コンデンサ
の数が抑えられる。この様に一対の電極間に介在する粒
界絶縁層の数が少なくなると、絶縁破壊電圧の低下を招
くという問題点があった。
【0005】そこで、本発明の目的は、コンデンサの評
価に使用される比誘電率と絶縁破壊電圧との積が大きい
粒界絶縁型コンデンサを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、多数の半導体粒子と、前記多数の半導体粒
子の相互間の粒界絶縁層とから成る半導体磁器基体と、
前記半導体磁器基体に設けられた少なくとも2つの電極
とから成る粒界絶縁型半導体磁器コンデンサにおいて、
前記粒界絶縁層の厚みが500オングストローム以下で
ある粒界絶縁型半導体磁器コンデンサに係わるものであ
る。
【0007】
【作用】本発明に従って、粒界絶縁層の厚みを500オ
ングストロ−ム(0.05μm)以下に抑えることによ
り、1つの粒界絶縁層の容量を増大させることができ
る。これにより、一対の電極間の粒界絶縁層の数を小さ
く抑えることなく高い比誘電率が得られ、さらには該一
対の電極間により多くの半導体粒子と粒界絶縁層とを配
置しても、粒界絶縁層の数の増加に基づく容量の低下を
比誘電率の増加で打ち消すことが可能になるため、一対
の電極間の絶縁破壊電圧を高めて信頼性を向上させるこ
とができる。従って、誘電率εと絶縁破壊電圧Eとの積
εEの値の大きい磁器コンデンサが得られる。
【0008】なお、粒界絶縁層の厚みは100〜500
オングストロ−ム程度の範囲にすることが望ましい。も
し、粒界絶縁層の厚みが500オングストロ−ムよりも
大きくなると、磁器基体の比誘電率が小さくなり過ぎる
ため、もし所望の容量を取得するためには一対の電極間
の半導体粒子の数を少なくしなければならず、これに伴
って絶縁破壊電圧Eが低下し、結局εEの値も小さくな
る。
【0009】
【実施例】図には実施例及び比較例に係わる粒界絶縁型
半導体磁器コンデンサ1が原理的に示されている。この
磁器コンデンサ1は円板状磁器基体2と一対の電極3、
4とから成る。磁器基体2は、多数の半導体粒子5と、
これ等の相互間の粒界絶縁層6とから成る。半導体粒子
5は導電体として機能し、粒界絶縁層6が誘電体として
機能する。従って、一対の電極3、4間には複数の微小
コンデンサが配置される。磁器基体2の焼成前の寸法
は、直径10mm、厚さ0.45mmである。
【0010】磁器基体2の組成、半導体粒子5の径、及
び粒界絶縁層6の厚さは異なるが、外形および寸法は同
一の15種類の磁器コンデンサを作成した。第1表は1
5種類の磁器コンデンサの組成を示す。
【0011】本実施例における磁器コンデンサの磁器基
体2は、主成分と半導体成分と粒界絶縁化物質とから成
る。主成分と半導体化成分とを合わせて次式で示すこと
ができる。 Sr1-x-y Bax Cay TiaO3 +bM 上式の第1項のSr1-x-y Bax Cay TiaO3 は主
成分を示す。この主成分中のSrはストロンチウム、B
aはバリウム、Caはカルシウム、Tiはチタン、Oは
酸素を示し、1-x-y 、x、yはSr、Ba、Caの割合
を示す数値である。aはTiのSr1-x-y Bax CaY
に対する割合を示す数値である。
【0012】半導体化成分を示すbMのMは半導体化成
分の酸化物であるY2 3 、La2 3 、Nb2 3
の内の少なくとも1種を示す。bは主成分に対する半導
体化成分Mの割合をモルで示す数値である。
【0013】粒界絶縁化物質は、Bi2 3 (酸化ビス
マス)、PbO(酸化鉛)、CuO(酸化銅)、B2
3 (酸化ほう素)から選択された1つから成る。この実
施例では後述から明らかになるように、粒界絶縁化物質
は半導体磁器基体に塗布して熱処理することにより磁器
基体中に拡散する。
【0014】第1表には主成分を示す式のx、y、aの
値と半導体化成分Mの割合bを示す値とMの内容とが示
されている。また、粒界絶縁化物質Bi2 3 とPbO
とCuOとB2 3 の組成がモル%で示されている。
【0015】
【表1】
【0016】次に、試料No. 1の磁器コンデンサ及びそ
の製造方法を説明する。試料No. 1の磁器コンデンサの
主成分は、x=0、y=0であってBa、Caを含んで
いない。従って、この主成分はSrT3 (チタン酸
ストロンチウム)である。このSrTiO3 を得るため
に、出発原料として SrCO3 (炭酸ストロンチウム) TiO2 (酸化チタン) の各粉末を用意し、更に組成式におけるbが0.001
となるような割合にY2 3 (酸化イットリウム)の粉
末を用意した。即ち、SrTiO3 +0.001Y2
3 を得ることができるように、SrCO3 、TiO2
2 3 を用意した。
【0017】次に、SrCO3 とTiO2 とY2 3
を混合し、1150℃で3時間の仮焼を行った。次に、
この仮焼物に有機バインダとしてポリビニールアルコー
ル溶液を5重量%加えて造粒した。
【0018】次に、造粒された材料を1.5トン/cm
2 の成形圧力で直径10mm、肉厚0.45mmの円板
を成形した。次に、この成形体に大気中、1100℃、
1時間の熱処理を施し、更に、N2 (99%)+H
2 (1%)の混合ガスから成る還元性雰囲気中で145
0℃、2時間の焼成を施して半導体磁器基体を得た。
【0019】次に、半導体磁器基体(焼結体)の粒界層
を絶縁化するために、 Bi2 3 80モル% B2 3 20モル% の組成の粒界絶縁化物質を用意し、この粒界絶縁化物質
に対してニトロセルロース系有機バインダ及びブチルカ
ルビトールを加えてペーストを作った。
【0020】次に、この粒界絶縁化物質のペーストを磁
器基体に対して5重量%の割合で塗布し、これを空気
中、1150℃で2時間熱処理することによって粒界層
6に粒界絶縁化物質(Bi2 3 、B2 3 )を拡散
(浸透)させ、図に示す粒界絶縁層6の絶縁性を高め
た。
【0021】次に、磁器基体2の両主面に銀ペーストを
塗布し、800℃で30分間焼付けて図に示す一対の電
極3、4を形成して磁器コンデンサ1を完成させた。
【0022】試料No. 2〜15においても、主成分又は
半導体化成分又は粒界絶縁化物質の内容又は割合を変え
た他は、試料No. 1と同様に磁器コンデンサを作った。
【0023】なお、試料No. 3の場合には、xが0.0
5であるので、主成分は Sr0.95Ba0.05TiO3 で表される。この主成分を得るためには、出発原料とし
てSrCO3 、BaCO3 (炭酸バリウム)、TiO2
を用意する。
【0024】また、試料No. 14ではyが0.05であ
るので、主成分は Sr0.95Ca0.05TiO3 で表される。この主成分を得るためには、出発原料とし
てSrCO3 とCaCO3 (炭酸カルシウム)とTiO
2 を用意する。、
【0025】試料No. 15ではaが0.995であるの
で、主成分はSrTi0.995 3 になる。
【0026】次に、各試料No. の磁器コンデンサの見掛
けの比誘電率εと絶縁破壊電圧Eを測定した。なお、見
掛けの比誘電率εは、+20℃、周波数1kHz、電圧
0.5Vの条件で測定した。また、絶縁破壊電圧Eは一
対の電極3、4に直流電圧を印加し、これを徐々に増加
させ、電流が急増した点(破壊点)の電圧を測定するこ
とによって決定した。
【0027】また、完成した磁器コンデンサと同一磁器
基体から薄片を作り、透過型電子顕微鏡(TEM)によ
って半導体粒子5の大きさと、粒界絶縁層6の厚さを測
定した。なお、半導体粒子5は完全な球ではなく、不規
則な多角形であるので、半導体粒子5が内接する円の直
径で半導体粒子5の粒径を決定した。また、1つの磁器
基体2中の多数の半導体粒子5の径は同一ではないの
で、平均粒径を求めた。粒界絶縁層6の厚さは、多数の
半導体粒子5の相互間の平均の厚さである。
【0028】第2表は試料No. 1〜15の半導体粒子5
の平均粒径と、粒界絶縁層6の厚さと、比誘電率εと、
絶縁破壊電圧Eと、比誘電率εと絶縁破壊電圧Eとの積
ε×Eを示す。
【0029】
【表2】
【0030】第2表から明らかなように、試料 No.1の
磁器コンデンサにおいては、半導体粒子5の平均粒径が
40μm、粒界絶縁層6の厚さが500オングストロー
ム(0.05μm)、比誘電率εが70,000、絶縁
破壊電圧Eが190V、εEの値が1.3×107 であ
る。
【0031】本発明では、εE値が1.3×107 以上
の磁器コンデンサを目標としている。従って、試料 No.
2、6、8、9、10で示すものは本発明の目標を満足
していない。
【0032】第2表におけるεE値と粒界絶縁層の厚さ
との関係から明らかなように、粒界絶縁層の厚さが50
0オングストローム以下の試料ではすべてεE値が1.
3×107 以上である。これに対して、粒界絶縁層の厚
さが500オングストロームを越えるものではεE値が
1.3×107 よりも小さい。また、εE値が1.3×
107 以上の試料においては平均粒径が10〜100μ
mの範囲に収まっている。
【0033】
【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。
【0034】主成分におけるSrの一部をBaとCaの
両方で置き換えた組成としてもよい。即ち、主成分をS
rとBaとCaとTiとの全てを含む組成とすることが
できる。
【0035】半導体化成分MはY2 3 、La2 3
Nb2 3 の複数の組み合わせとすることができる。更
に、半導体化成分として、Nd2 3 、Dy2 3 、S
2 4 、Pr2 3 、Gd2 3 、Ho2 3 等の3
価の金属酸化物、Ta2 5 等の5価の金属酸化物及び
これ等の組合わせを使用することができる。
【0036】粒界絶縁化物質としてBi2 3 、Pb
O、CuO、B2 3 の他に、MnO2 、Tl2 3
Sb2 3 、Fe2 3 等の金属酸化物及びこれ等の組
合わせを使用することができる。
【0037】粒界絶縁化物質をペーストで塗布して供給
する代りに、主成分と半導体化成分との仮焼物に対し
て、粒界絶縁化物質を付加し、これを成形して還元又は
中性雰囲気中で焼成し、しかる後酸化性雰囲気中で熱処
理を施して粒界絶縁層6の絶縁化を行ってもよい。また
粒界絶縁化物質を原料組成物に混入する方法とそれをペ
−ストで塗布する方法とを組み合せて絶縁化することも
できる。
【0038】
【発明の効果】上述から明らかなように本発明によれ
ば、比誘電率と絶縁破壊電圧との積の大きい磁器コンデ
ンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例に係わる磁器コンデンサを原理的に
示す断面図である。
【符号の説明】
2 磁器基体 3,4 電極 5 半導体粒子 6 粒界絶縁層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増山 勝 東京都台東区上野6丁目16番20号 太陽誘 電株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数の半導体粒子と、前記多数の半導体
    粒子の相互間の粒界絶縁層とから成る半導体磁器基体
    と、前記半導体磁器基体に設けられた少なくとも2つの
    電極とから成る粒界絶縁型半導体磁器コンデンサにおい
    て、 前記粒界絶縁層の厚みが500オングストローム以下で
    あることを特徴とする粒界絶縁型半導体磁器コンデン
    サ。
JP3031671A 1991-01-31 1991-01-31 粒界絶縁型半導体磁器コンデンサ Expired - Fee Related JPH0785459B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2136380A2 (en) 2008-06-20 2009-12-23 Fujitsu Limited A spraying method for manufacturing a capacitor, and capacitor obtained by the method
US8213159B2 (en) 2007-04-20 2012-07-03 Fujitsu Limited Electrode foil, method of manufacturing electrode foil, and electrolytic capacitor
US8373966B2 (en) 2008-11-17 2013-02-12 Fujitsu Limited Structural body, capacitor, and method of fabricating the capacitor
CN113135750A (zh) * 2020-01-16 2021-07-20 太原科技大学 一种提高晶界层电容器电阻的绝缘化剂及其使用方法

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