KR790001318B1 - 다결정성 자기반도체 입계(粒界)절연형 조성물 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

다결정성 자기반도체 입계(粒界)절연형 조성물

본 발명 조성물을 콘덴사에 형성하여 온도변화에 대한 정전용량 변화를 측정한 그래프.

본 발명은 특히 콘덴사용으로서 유용한 다결정 자기 반도체 입계(粒界)절연형 조성물에 관한 것이다.

종래 자기 반도체의 결정입계를 절연화하는 것에 의해서 지금까지의 자기 유전체와 비교해서, 실효 유전율이 대단히 큰 콘덴사 소체가 얻어지는 것이 알려져있다.

예를들면 티탄산 바륨계의 자기 반도체는 내압 800V/mm, 절연저항 약 2×10¹¹Ω㎝의 절연특성을 가지므로 실효유전율은 50,000 내지 70,000의 큰 값이 얻어지고 있다. 그러나 이 종류의 것은, 온도변화 -30℃ 내지 +85℃의 범위에 있어서, 20℃에서의 값에 대하여 최대 ±40% 정도의 정전 용량 변화가 있고, 또 tanδ도 약 5내지 10%로 비교적 큰 결점이 있어서 콘덴사로서의 유용성이 제한되어 있다.

또 티탄산 스트론티움을 주성분으로하고 이것에 MnO 및 SiO₂를 첨가해서 알곤분위기(雰圍氣)안에서 소결(燒結)한 자기 반도체를 그위에 MnO를 도포(塗布)하거나 또는 도포하지 않고 산화 분위기 안에서 2차 소성(燒成)하여 입계를 절연화하는 것도 알려져 있다.

이것은 상기 티탄산 바륨계에 비교하면, 상기온도 변화에 있어서의 정전용량 변화는 ±15%로 낮고, 또 tan δ도 2내지 5%로 낮게되어 이들의 특성은 티탄산 바륨계 반도체 자기를 사용한 것보다 개선되어있다. 그러나 내압 800내지 1,000V/mm에서의 실효 유전율은 20,000내지 35,000정도로 매우 낮다.

본 발명은 티탄산 스트론티움을 주성분으로하고, 이것에 Ta₂O₃및 GeO₂를 첨가해서 성형하고, 소결되어 있는 다결정 자기반도체의 결정입계에 산화비스머스(Bi₂O₃)를 확산시켜서, 그 입계를 절연성으로 하는 자기반도체 조성물에 있어서, 상기 공지의 티탄산 스트론티움 자기반도체의 경우와 같이, 정전용량 온도변화율은 ±15%이내로 유지하면서, 내전압(耐電壓), tan δ를 보다 더 개량하고, 또 실효 유전율의 값을 티탄산 바륨계 반도체를 사용한것에 대략 근접시켜 얻어지는 것이다. 다음에 본 발명의 상세한 실시예에 대하여 설명한다.

도표에 나타난 바와같이, 티탄산 스트론티움, 산화 탄탈륨, 이산화 게르마늄의 분말을 각각 배합하고, 공지의 세라믹 제법에 의하여 혼합, 분쇄한 후에 폴리비닐알콜과 같은 공지된 결합제를 가해서 원판형으로 가압해서 성형하고, 이들을 99% N₂-1% H₂의 미소 환원성의 분위기 안에서 1,350 내지 1,480℃로 3시간 소결하고, 대략 직경 8mm×두께 0.4mm의 자기 반도체 시료를 작성한다. 그리하여 각 시료 전면에 확산제로서 산화비스머스 분말을 3㎎도포(塗布)하고, 이들을 산화 분위기 안에서, 1, 300℃로 2시간 소성해서 시료의 결정입계에 확산시켜 결정 입계를 절연화한 후, 이 시료의 양쪽대항주면에 각각 은(銀) 전극을 소부(燒付)해서 콘덴사 시료로 했다.

이와같이해서 작성한 콘덴사 각 시료에 대하여 전기적 특성을 측정하고, 제 1 표에 기재했다. 더우기 유

[도 표]

전율(

) 및 tan δ는 1KHz로 측정하고 절연저항치는 DC50V를 인가한지 1분후의 값을 채용하고 절연파괴전압은 전류 전압에 의해 측정했다. 도표에 표시한 측정 결과에 의하면, 시료번호 1 내지 9에서는 tan δ 0.8% 이하, 실효유전율 50,000내지 61,000 절연저항 150,000 내지 180,000MΩ㎝ 파괴전압 1,200 내지 1,500V/mm로 되는 특성을 표시하고 있다. 또 유전율 온도 변화율은 도면에 표시한 것같이 ±13%이내의 사선 영역내에 대략직선적으로 얻어진다는 것을 확인했다.

이상과 같이 종래의 티탄산 스트론티움계 반도체에 의한 입계 절연형의 콘덴사 재료에 비해서 tan δ의 값이 매우 개선되고, 또 유전율도 1.7 내지 2배로 증대되고 종래의 티탄산 바륨계 반도체를 사용한 것에도 접근해있는 것으로서 콘덴사의 유용성을 현저하게 확대하고 있다. 단 시료번호 10 내지 17에 표시한 것은, 본 발명의 목적이 유전율의 확대에 있기 때문에 부적당하므로 본 발명의 자기 반도체의 조성은 상기 결과에서 다음과 같이 한정한다.

SrTiO₃91.92 내지 99.62중량%

Ta₂O₃0.33 내지 4.08중량%

GeO₂0.05 내지 4.00중량%

또 상기 조성에 대하여 고찰하면 Ta₂O₃는SrTiO₃의 결정중에 치환시켜 SrTiO₃를 반도체화하여 소위 원자가(原子價) 제어형 반도체로되고, GeO₂는 주로 결정의 입계층에 존재하고, 이것에 의한 반도체 결정의 결정직경을 크게하는 경향이 있는 것으로 생각된다. 상기 한정범위에서는 비교적 결정직경이 작은 것으로 생각된다.

또 다음의 확산때문에 2차 소성할 때에 Bi₂O₃는 이미 입계속에 존재하는 GeO₂와 결합해서, 핀홀(pinhole)의 작고 균일한 절연층으로 되기 쉽다. 이것은 종래의 티탄산 스트론티움 반도체계의 것에 비해 결정입자 직경이 비교적 크다는 것이 전자현미경에 의하여 관찰되는 것으로서 추측된다. 결정입자 직경을 보다 크게 성장시키면, 입계의 절연층이 얇게 되든가 또는 직렬접속되는 결정수가 적어지는 동에 의해 실효유전율이 크게 되는 것으로 생각된다.

또 형성되는 입계의 절연층은 균일한 것이 얻어지기 쉬으므로 얇아도 절연파괴전압, 절연저항값 및 tanδ가 양호하게 유지되는 것으로 생각된다.

이와같이 해서 본 발명에 의하면 실효 유전율의 값이 크고 그 온도 변화특성을 작게 유지하고, 내전압 특성, tanδ의 값을 개량한 티탄산 스트론티움계의 자기반도체 조성물이 얻어진다.

Claims (1)

1. 티탄산 스트론티움(SrTiO₃) 91.92내지 99.62중량%와 산화 탄탈륨(Ta₂O₃)0.33 내지 4.08중량% 및 이상화 게르마늄(GeO₂) 0.05 내지 4.00중량%로부터되는 조성을 성형소결(成形燒結)해서되는 다결정 자기반도체의 결정입계에 산화 비스머스(BiO₃)를 확산시켜서, 그 입계(粒界)를 절연성으로하는 것을 특징으로하는 다결정 자기반도체 입계절연형 조성물.

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