JPS5823729B2 - 半導体コンデンサ用磁器 - Google Patents

半導体コンデンサ用磁器

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JPS5823729B2
JPS5823729B2 JP2872976A JP2872976A JPS5823729B2 JP S5823729 B2 JPS5823729 B2 JP S5823729B2 JP 2872976 A JP2872976 A JP 2872976A JP 2872976 A JP2872976 A JP 2872976A JP S5823729 B2 JPS5823729 B2 JP S5823729B2
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JP
Japan
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semiconductor
oxide
porcelain
bismuth
capacitors
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JP2872976A
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井口隆
板倉鉉
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はチタン酸ストロンチウム(5rTi03 )を
主体とする半導体磁器の粒界に高絶縁層を設けることに
より得られる半導体コンデンサ用磁器に関する。
従来、半導体磁器の粒界を絶縁化g−cることにより得
られるコンデンサ材料としてチタン酸バリウム系半導体
コンデンサ用磁器が知られている。
しかしながら、絶縁抵抗1011Ω−(7)、実効誘電
率50000〜70000と非常に大きな値が得られる
このチタン酸バリウム系半導体コンデンサ用磁器の欠点
として、20℃を基準として、−30℃〜+85℃の範
囲における静電容量の変化が±40係程度であり、また
誘電損失(tanδ)も約5〜10%と大きいことであ
る。
そこで近年、チタン酸ストロンチウムを主体とし、特に
静電容量の温度変化率を小さくせしめた半導体磁器コン
デンサが開発されてきている。
このチタン酸ストロンチウムを主体とする半導体磁器コ
ンデンサに当初チタン酸ストロンチウム(SrTiO3
)に少量の二酸化マンガン(MnO,)、酸化ケイ素(
Sin2)等を添加し、還元雰囲気中で焼結してなる半
導体磁器を、単に熱処理して粒界を再び酸化するか、二
酸化マンガン(MnO□)、酸化ビスマス(B1203
)等を粒界に熱拡散させることにより得られていた。
これらの特徴として、チタン酸バリウム系に比較して静
電容量の温度変化率が小さく、誘電損失(tanδ)の
値も小さいことがあげられる。
一方、実効誘電率がチタン酸バリウム系に比較して極め
て小さいことが欠点であった。
そこで、実効誘電率の向上を目的として、チタン酸スト
ロンチウス(SrTi03)に添加する不純物力λ・く
つか提案されている。
たとえば、酸イレンタル(Ta205)、酸化ニオブ(
Nb205)、酸化タングスステン(w03)等の半導
体化に必要な物質以外に酸化亜鉛(ZnO)、希土類酸
化物等を単一またはそれらを組み合わせて添加すること
により、実効誘電率40000〜50000程度、誘電
損失1%以下の半導体磁器コンデンサが得られるように
なり、一段と小型高性能化が計られてきている。
しかしながら、このように小型高性能な素子においては
、高性能な故に問題点もある。
その一つに拡散物を塗布する場合の塗布量のバラツキの
与える特性への影響が大きく、工程管理が極めて難しい
欠点があった。
さらに、電気的特性においてもより高性能化への努力が
なされているが、特に周囲温度の変化に対する静電容量
変化を小さくせしめることについては、チタン酸バリウ
ム系に比較して小さくなったとはいえ、いまだに十分と
ばいえない。
本発明に上述のごとき拡散工程による素子特性のバラツ
キを極めて小さくせしめ、さらに誘電率の温度変化を極
めて小すくせしめるものである。
以下、実施例に基つき、本発明の詳細な説明する。
〈実施例〉 チタン酸ストロンチウム(SrTi03)に酸化ビスマ
ス(Bi203) 0.1〜5.0モル係及び酸化ニオ
ブ(Nb205 ) 0.1〜2モル係の範囲で添加し
、十分に混合した後、15mmφX O,7mm tの
円板状に加圧成型する。
この後、水素1〜10係、窒素99〜90チからなる雰
囲気中で1370℃〜1460℃で2〜4時間焼成する
しかる後に、焼結体の片面に拡散用物質を公知の適当な
バインダー(たとえば、ポリビニルアルコール)を用い
て塗布し、1050℃〜1200℃で2時間程度熱処理
する。
このようにして得られた焼結体の両面に銀電極を設ける
第1表は拡散用物質として酸化ビスマス (Bi203)、二酸化マンガン(Mn O、)からな
る種々の組成の混合物を上記焼結体に塗布し、拡散せし
めたときの各種20枚の電気的特性の平均値を示す。
ただし、このときの酸化ビスマス(Bi203)及び酸
化ニオブ(Nb20. )の添加量にそれぞれ0.2モ
ル係、また焼成、は温度1400℃で4時間。
雰囲気条件は水素10%、窒素90係であり、さらに熱
処理は温度1100℃で2時間行ったものである。
尚、表中の実効誘電率ε及び誘電損失tanδは周波数
11d(z t I V A 、Cにて測定した値であ
り。
絶縁抵抗は50VD、Cの電圧で30秒間充電し□ た後に測定した値である。
また、第1図A、Bは上述試料の特性を図示したもので
ある。
図中、斜線をほどこした領域に全ての試料の特性が含ま
れ、領域の上限の曲線に試料の特性の最大値を示し、下
限の曲線は試料の特性の最小値を示す。
これらの表と図から明らかなごとく、試料の特性は酸化
ビスマス(B1203)またに二酸化マンガン(■迫、
)を単一で塗布し、拡散せしめた場合よりも酸化ビスマ
ス(Bi203)50〜95モル係、二係止二酸化マン
ガンO□)50〜5モル係の組成の範囲で組み合わせて
拡散せしめた方が諸行性の向上が見られるばかりでなく
、バラツキの小さいことが認められる。
また、第2図A、Bは上記実施例ノ焼結体を用いて拡散
物質の塗布量を0.3−10.5■/cr1.及び1.
0〜/iとしたときの特性値を示したものであり、図中
曲線a、b及びCばそれぞれの塗布量に対応する特性曲
線である。
この図から明らかなごとく、塗布量の電気的緒特性へ与
える影響は酸化ビスマス(Bi203)またに二酸化マ
ンガン(MnO2)の単一塗布に比較して、それぞれの
組み合わせの方がより小さいことがわかる。
また、この図から第1図における特性のバラツキは塗布
量の差異の影響であることが明白である。
次に、第3図に上記実施例の焼結体を用いて構成される
半導体コンデンサ用磁器において、20℃を基準として
一25°C及び+85℃における静電容量の変化率を示
す。
この図から明らかなごとく、酸化ビスマス(Bi203
)及び二酸化マンガン(Mn02)のそれぞれ50〜9
5モル係、50〜5モル係の範囲で非常に誘電率の温度
依存性が小さいことが認められる。
特に、Bi2O3:20モル係、MnO2: 80モル
係の組成点においてに一25℃で+1,6係、+85℃
で+0.3係と極めて小さい値を示した。
尚、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)に、酸化
ビスマス(Bi203 )を添加することにより、添加
しない場合に比較して焼結体の微結晶粒子の成長が促進
され、また均一であるた戦さらに特性のバラツキが小さ
くなり、特に実効誘電率の向上が見られる。
第2表は上記三者の特性の差異を代表例で示したもので
あり、表中AHチタン酸ストロンチウム(SrTi03
)に酸化ニオブ(Nb2o5 )を1モル%添加して
他に上記と同一条件で焼成した焼結体に酸化ビスマス(
B1203 ) s 5モル係。
二酸化マンガン(Mn02) 15モル係からなる組成
物を上記実施例と同様にして塗布し、拡散せしめた磁器
、BUチタン酸ストロンチウム(SrTi03)に酸化
ニオブ(Nb20. ) 0.1モル係、酸化ビスマ
ス(Bi203)15モル%添加し、以下Aと同条件で
処理した磁器を示す。
この表から明らかなように酸化ビスマス (Bi203)をチタン酸ストロンチウム(5rTi0
3)にあらかじめ添加することにエリ、本発明の効果は
一段と高められているといえる。
以上述べたように、本発明のごとく、チタン酸ストロン
チウム(SrTi03)に半導体化に必要な酸化ニオブ
(Nb20.)を少なくとも0.1〜2モル係含係合さ
らに酸化ビスマス(Bi、03)を少なくとも0.1〜
5.0モル係合む半導体磁器に、酸化ビスマス(Bi2
03)、二酸化マンガン(MnO2)を単一に粒界に拡
散せしめるのでになく、それらをそれぞれ50〜95モ
ル係、50〜5モルチからなる組成物の形で塗布し、拡
散せしめることにより、従来になく製造上バラツキの少
ない、しかも静電容量の温度変化率の小さい極めてすぐ
れた半導体コンデンサ用磁器を提供することが可能であ
り、産業的価値は甚大である。
尚、実施例においてに銀電極を用いたが、その他の公知
の電極材料を用いてもよいことはいうまでもない。
また、焼成は水素1〜10%、窒素99〜90係からな
る雰囲気中に限ることもなく、試料が十分に半導体化さ
れうる雰囲気中であればよいことも周知のごとくである
さらに、実施例で半導体化の目的で添加した酸化ニオ7
”(Nb20.)の代わりに、−化タンタル(Ta、0
5)を用いてもよく、実験結果では酸化タンタル(Ta
205)は酸化ニオフ責Nb205)K比較して蒸発し
にくいという若干の差異はあるが、これは添加量は比し
てほとんど無視し得る範囲内のオーダである。
たとえば、チタン酸ストロンチウム(SrTiOs)に
酸化ニオフ責Nb2O,)を0.2モル%添加し、水素
10チ、窒素90係からなる雰囲気中で、1400℃で
4時間焼成して得られる半導体磁器の比抵抗は0.5Ω
−mであり、平均結晶粒径は12.5μmであるのに対
し、酸化タンタル(Ta205)7)添加量を0.18
モル係とし、他の条件は同条件とすると、比抵抗0.5
Ω−(7)、平均結晶粒径12.3μmの半導体磁器が
得られる。
通常、ニオブ(Nb)及びタンタル(Ta)iバナジウ
ム族元素と呼ばれる同族の元素であり、またその中でも
この2つの元素はランタノイド収縮により共有結合半径
がほとんど同じ(1,34iングストローム)であるた
め、同時に産出され、化学的性質はほとんど同じである
ことば周知である。
この2つの5価の元素はチタン酸ストロンチウム (SrTi03 )のTi元素の共有結合半径(1,3
2オングストローム)とほぼ一致するため、比較的置換
が容易に行われ、 5rTiO8−1−Nb205(またはTa203)→
5rTi1−δメδ03(またば5rTi1−δTg0
3)+δe− として自由電子が放出され、チタン酸ストロンチウム(
SrTiOs)は半導体化される。
ここで、δは置換したNb(またばTa )元素の原子
数、eは電子を表わす。
このような半導体化の方法は一般に原子価衝御の方法と
呼ばれている。
したがって。上記実施例における酸化ニオブ(Nb20
.) を酸化タンタル(Ta20.)に置換することに
より、同等の結果が得られることばいうまでもないもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体コンデンサ用磁器の拡散物質組
成と実効誘電率ε及び誘電損失(tanδ)との関係を
示す図、第1図Bは本発明の半導体コンデンサ用磁器の
拡散物質組成と絶縁抵抗との関係を示す図、第2図AH
本発明の半導体コンデンサ用磁器における拡散物質塗布
量をパラメータにしたときの拡散物質組成と実効誘電率
ε及び誘電損失(tanδ)との関係を示す図、第2図
BU本発明の半導体コンデンサ用磁器における拡散物質
塗布量をパラメータにしたときの拡散物質組成と絶縁抵
抗との関係を示す図、第3図は本発明の半導体コンデン
サ用磁器の拡散物質組成と静電容量の温度変化率との関
係を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 チタン酸ストロンチウム(S rT 1o3) 9
    9.8〜93.0モル%、酸化ビスマス(Bi203)
    0.1〜5.0モル係、酸化ニオブ(Nb2o、 )ま
    たは酸化タンタル(Ta20.) o、 1〜2.0モ
    ル係からなる多結晶半導体磁器の粒界に、ビスマス成分
    及びマンガン成分が偏在し、そのビスマス成分とマンガ
    ン成分のモル比が50〜95:50〜5であることを特
    徴とする半導体コンデンサ用磁器。
JP2872976A 1976-01-20 1976-03-16 半導体コンデンサ用磁器 Expired JPS5823729B2 (ja)

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JP2872976A JPS5823729B2 (ja) 1976-03-16 1976-03-16 半導体コンデンサ用磁器
CA269,514A CA1095704A (en) 1976-01-20 1977-01-12 Semiconductive ceramics
NLAANVRAGE7700357,A NL169723C (nl) 1976-01-20 1977-01-14 Werkwijze voor het vervaardigen van een polykristallijne keramische halfgeleider.
GB1797/77A GB1526152A (en) 1976-01-20 1977-01-17 Semiconductive ceramics
US05/759,807 US4143207A (en) 1976-01-20 1977-01-17 Semiconductive ceramics
AU21430/77A AU490459B2 (en) 1977-01-19 Semiconductive ceramics
FR7701402A FR2339235A1 (fr) 1976-01-20 1977-01-19 Ceramiques semiconductrices
DE2702071A DE2702071C2 (de) 1976-01-20 1977-01-19 Verfahren zur Herstellung einer Kondensatorkeramik auf Strontiumtitanatbasis

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0372491B2 (ja) * 1983-11-22 1991-11-18 Honda Motor Co Ltd

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0372491B2 (ja) * 1983-11-22 1991-11-18 Honda Motor Co Ltd

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