JPS5830731B2 - 半導体コンデンサ用磁器 - Google Patents
半導体コンデンサ用磁器Info
- Publication number
- JPS5830731B2 JPS5830731B2 JP51015016A JP1501676A JPS5830731B2 JP S5830731 B2 JPS5830731 B2 JP S5830731B2 JP 51015016 A JP51015016 A JP 51015016A JP 1501676 A JP1501676 A JP 1501676A JP S5830731 B2 JPS5830731 B2 JP S5830731B2
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- JP
- Japan
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- semiconductor
- mol
- porcelain
- oxide
- capacitors
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- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Ceramic Capacitors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯａ）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。
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させることにより得ら
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。
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ＩＱ”Ｑ−ｃｍ、実効誘電率５
００００〜７００００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％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。
００００〜７００００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％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。
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
ンデンサは邑初チタン酸ストロンチウム（Ｓ ｒ Ｔ
ｉＯａ ）に少量の二酸化マンガン（Ｍｎ０２）、酸化
ケイ素（ＳｊＯ２）等を添加し、還元雰囲気中で膝詰し
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（ＭｎＯ２）、酸化ビスマス（Ｂ
１２Ｏ３）等を粒界に熱拡散させることにより得られて
いた。
ンデンサは邑初チタン酸ストロンチウム（Ｓ ｒ Ｔ
ｉＯａ ）に少量の二酸化マンガン（Ｍｎ０２）、酸化
ケイ素（ＳｊＯ２）等を添加し、還元雰囲気中で膝詰し
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（ＭｎＯ２）、酸化ビスマス（Ｂ
１２Ｏ３）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。
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。
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
ロンチウム（ＳｒＴｉ０３）に添加する不純物がいくつ
か提案されている。
ロンチウム（ＳｒＴｉ０３）に添加する不純物がいくつ
か提案されている。
たとえば、酸化タンタル（Ｔａ２０５）、酸化ニオブ（
Ｎｂ ２０５ ）、酸化タングステン（ＷＯ３）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いる。
Ｎｂ ２０５ ）、酸化タングステン（ＷＯ３）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。
、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。
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
はいえない。
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
はいえない。
本発明は種々の実験を積み重ねた結果、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さくせしめるもの
である。
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さくせしめるもの
である。
以下、実施例に基づき、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）に酸化ニオブ
（Ｎｂ ２０５）を０．１〜２．０モル％の範囲で添加
し、十分に混合した後、１５ｔｍφ×０．７間ｔの円板
状に加圧成型する。
（Ｎｂ ２０５）を０．１〜２．０モル％の範囲で添加
し、十分に混合した後、１５ｔｍφ×０．７間ｔの円板
状に加圧成型する。
この後、水素１〜１０％、窒素９９〜９０％からなる雰
囲気中で１３７０℃〜１４６０℃の範囲で２〜４時間焼
成する。
囲気中で１３７０℃〜１４６０℃の範囲で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。
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銅（Ｃｕ２０）、二酸化
マンガン（Ｍｎ０２）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。
マンガン（Ｍｎ０２）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、このときの酸化ニオブ（Ｎｂ ２０．）の添加
量は０．２モル％、また焼成は温度１４００℃で４時間
、雰囲気条件は水素１０％、窒素９０％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。
量は０．２モル％、また焼成は温度１４００℃で４時間
、雰囲気条件は水素１０％、窒素９０％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
ＩＫＨｚ、ＩＶＡ −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。
ＩＫＨｚ、ＩＶＡ −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。
ある。
図中、斜線をほどこした領域に全ての試料の特性値が含
まれ、領域の上限の曲線は試料の最大値を示し、下限の
曲線は試料の最小値を示す。
まれ、領域の上限の曲線は試料の最大値を示し、下限の
曲線は試料の最小値を示す。
これらの表と図から明らかなごとく、試料の特性は酸化
銅（Ｃｕ２０）または二酸化マンガン（Ｍｎ０２）を単
一で塗布し、拡散せしめた場合よりもそれらを組み合わ
せて拡散せしめた方が緒特性の向上がられる。
銅（Ｃｕ２０）または二酸化マンガン（Ｍｎ０２）を単
一で塗布し、拡散せしめた場合よりもそれらを組み合わ
せて拡散せしめた方が緒特性の向上がられる。
また、第２図Ａ、Ｂは上記実施例の焼結体を用いて拡散
物質の塗布量をそれぞれ０．３ｍ９１０ｒｔ、０．５
ｍ９／ｃｒｔｆおよび１．０ ｍｙ ／ｃｒｔｆとした
ときの特性値を示したものであり、図中曲線ａ。
物質の塗布量をそれぞれ０．３ｍ９１０ｒｔ、０．５
ｍ９／ｃｒｔｆおよび１．０ ｍｙ ／ｃｒｔｆ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は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、塗布量の特性へ与える影響
は酸化銅（Ｃｕ２０）及び二酸化マンガン（Ｍｎ０２）
の単一塗布に比較して、酸化銅（Ｃｕ２０）５０〜９５
モル％、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）５０〜５モル％の
範囲で組み合わせて拡散せしめた場合の方がよいことが
わかる。
は酸化銅（Ｃｕ２０）及び二酸化マンガン（Ｍｎ０２）
の単一塗布に比較して、酸化銅（Ｃｕ２０）５０〜９５
モル％、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）５０〜５モル％の
範囲で組み合わせて拡散せしめた場合の方がよいことが
わかる。
また、第２図Ａ、Ｂ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は明白である。
は塗布量の差異の影響であることは明白である。
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℃および＋８５℃における誘電率の変化率を示す
。
半導体コンデンサ用磁器において、２０℃を基準として
一２５℃および＋８５℃における誘電率の変化率を示す
。
この図から明らかなごとく、酸化鋼（Ｃｕ２０）５０〜
９５モル％及び二酸化マンガン（ＭｎＯ２）５０〜５モ
ル％の組成の範囲において非常に静電容量の温度依存性
が小さいことがわかる。
９５モル％及び二酸化マンガン（ＭｎＯ２）５０〜５モ
ル％の組成の範囲において非常に静電容量の温度依存性
が小さいことがわかる。
特に、Ｃｕ２０５０モル％、ＭｎＯ２５０モル％におい
ては一２５℃で４．０％、＋８５℃で−０，９２％と極
めて小さい値を示した。
ては一２５℃で４．０％、＋８５℃で−０，９２％と極
めて小さい値を示した。
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（ＳｒＴｉＯｓ）に半導体化に必要な酸化ニオブ
（Ｎｂ２０５）を少なくとも０．１〜２モル％含む半導
体磁器に、酸化銅（Ｃｕ２０）、二酸化マンガン（Ｍｎ
０２）を単一に粒界に拡散せしめるのではなく、それら
をそれぞれ５０〜９０モル％、５０〜５モル％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、工業的価値は甚大である。
チウム（ＳｒＴｉＯｓ）に半導体化に必要な酸化ニオブ
（Ｎｂ２０５）を少なくとも０．１〜２モル％含む半導
体磁器に、酸化銅（Ｃｕ２０）、二酸化マンガン（Ｍｎ
０２）を単一に粒界に拡散せしめるのではなく、それら
をそれぞれ５０〜９０モル％、５０〜５モル％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、工業的価値は甚大である。
尚、実施例においては銀電極を用いたが、その他の公知
の電極材料を用いてもさしつかえないことはいうまでも
ない。
の電極材料を用いてもさしつかえないことはいうまでも
ない。
また、焼成は水素１〜１０％、窒素９９〜９０％からな
る雰囲気中に限定することもなく、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。
る雰囲気中に限定することもなく、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ブ
（Ｎｂ ２０５ ）の代わりに酸化タンタル（Ｔａ２０
５）を用いてもよく、実険結果では酸化タンタル（Ｔａ
２０５）の場合には酸化ニオブ（Ｎｂ２０５）に比較し
て蒸発しにくいという若干の差異はあるが、これは添加
量に比してほとんど無視し得る範囲内のオーダである。
（Ｎｂ ２０５ ）の代わりに酸化タンタル（Ｔａ２０
５）を用いてもよく、実険結果では酸化タンタル（Ｔａ
２０５）の場合には酸化ニオブ（Ｎｂ２０５）に比較し
て蒸発しにくいという若干の差異はあるが、これは添加
量に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（ＳｒＴｉ０３）に
酸化ニオブ（Ｎｂ２０５）を０．２モル％添加し、水素
１０％、窒素９０％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０．５
Ｑ−ｃｍ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（Ｔａ２０．）の添加量を０．１
８モル％とし、他の条件は同条件とすると、比抵抗０．
５９−ｃｍ、平均結晶粒径１２．３μｍの半導体磁器が
得られる。
酸化ニオブ（Ｎｂ２０５）を０．２モル％添加し、水素
１０％、窒素９０％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０．５
Ｑ−ｃｍ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（Ｔａ２０．）の添加量を０．１
８モル％とし、他の条件は同条件とすると、比抵抗０．
５９−ｃｍ、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）はバナジ
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（１，３４オングストローム）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
ることは周知である。
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（１，３４オングストローム）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
ることは周知である。
この２つの５価の元素はチタン酸ストロンチウム（Ｓｒ
Ｔｉ０３）のＴｉ元素の共有結合半径（１，３２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、 として自由電子が放出され、チタン酸ストロンチウム（
ＳｒＴｉ０３）は半導体化される。
Ｔｉ０３）のＴｉ元素の共有結合半径（１，３２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、 として自由電子が放出され、チタン酸ストロンチウム（
ＳｒＴｉ０３）は半導体化される。
ここで、δは置換したＮｂ（またはＴａ）元素の原子数
、ｅ−は電子を表わす。
、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制御の方法と
呼ばれている。
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
５）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はいうまでもないもの
である。
５）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はいうまでもないもの
である。
第１図Ａは本発明の実施例における半導体コンデンサ用
磁器の拡散物質組成と誘電率及び誘電損失との関係を示
す図、第１図Ｂは本発明の実施例における半導体コンデ
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Ａは本発明の実施例において拡散物質塗布量を
パラメータにしたときの拡散物質組成と誘電率及び誘電
損失との関係を示す図、第２図Ｂは本発明の実施例にお
いて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図は本発明の実
施例における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。
磁器の拡散物質組成と誘電率及び誘電損失との関係を示
す図、第１図Ｂは本発明の実施例における半導体コンデ
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Ａは本発明の実施例において拡散物質塗布量を
パラメータにしたときの拡散物質組成と誘電率及び誘電
損失との関係を示す図、第２図Ｂは本発明の実施例にお
いて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図は本発明の実
施例における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)
- １ チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）９９．９
〜９８．０モル％及び酸化ニオブ（Ｎｂ ２０５）また
は酸化タンタル（Ｔａ２０．） ０．１〜２モル％から
なる多結晶半導体磁器の粒界に、銅成分及びマンガン成
分が偏在し、その銅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。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51015016A JPS5830731B2 (ja) | 1976-02-13 | 1976-02-13 | 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 | |
| DE2702071A DE2702071C2 (de) | 1976-01-20 | 1977-01-19 | Verfahren zur Herstellung einer Kondensatorkeramik auf Strontiumtitanatbasis |
| FR7701402A FR2339235A1 (fr) | 1976-01-20 | 1977-01-19 | Ceramiques semiconductrices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51015016A JPS5830731B2 (ja) | 1976-02-13 | 1976-02-13 | 半導体コンデンサ用磁器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5298996A JPS5298996A (en) | 1977-08-19 |
| JPS5830731B2 true JPS5830731B2 (ja) | 1983-07-01 |
Family
ID=11877062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51015016A Expired JPS5830731B2 (ja) | 1976-01-20 | 1976-02-13 | 半導体コンデンサ用磁器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5830731B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61194753U (ja) * | 1985-05-29 | 1986-12-04 |
-
1976
- 1976-02-13 JP JP51015016A patent/JPS5830731B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61194753U (ja) * | 1985-05-29 | 1986-12-04 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5298996A (en) | 1977-08-19 |
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