JPH01283914A - 半導体磁器組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、チタン酸ストロンチウム系半導体磁器組成物
に係り、低コストで製造可能な高誘電率半導体磁器コン
デンサーを得るための磁器組成物に関するものである。

［従来の技術］ 従来より高誘電率を有する単板磁器コンデンサーとして
Ｂ　ａ　Ｔ　Ｌ　Ｏｓ系の材料が広く用いられ（誘電率
が２Ｏ℃基準値に対し＋３０％〜−８０％）のもので比
誘電率εが２Ｏ．０００程度のものが実用化されている
が、温度特性Ｂ（誘電率が２Ｏ℃基準値に対し＋１０％
〜−１０％）のもので実用化されているもののεは５．
０００程度である。この様に、温度特性の良い材料では
誘電率が低い。

一方、電子回路部品の高精度化、小型化、低コスト化へ
の要求は強く、コンデンサーにおいても温度特性に優れ
、より高誘電率のコンデンサーを廉価に得るための努力
がなされている。特に温度特性Ｒ（誘電率が２Ｏ℃基準
値に対し＋１５％〜−１５％）ないしＢで、εが１０．
０００程度の特性を持つ「 もので、上記高誘電率系単板磁器コンデンサーの代替品
となるべき低コストのコンデンサーの開発が望まれてい
る。

誘電率を高めるために磁器組成物を還元して半導体化し
たのちに、粒界を絶縁化して用いる粒界層型半導体コン
デンサーが知られている。通常ＳｒＴｉＯ３系の材料を
用い、粒界絶縁化は、Ｂｉ２Ｏ３等を塗布後、熱拡散に
よって粒界に拡散させる方法が用いられる。この種の粒
界層型半導体コンデンサーでは、ε　−１０９，０００
のものが実用化されている（山岡信立、［半導体セラミ
ックスの最新応用技術」■ＣＭＣ（１９８５）　、第７
章。

Ｐ、１０９〜Ｐ、１２Ｏ）。

粒界層型半導体コンデンサーは比誘電率εは充分大きい
が、絶縁物質を塗布する工程を含むためコスト高になり
、また、極めて薄い粒界絶縁層を利用しているため、バ
イアス特性が悪い（２５Ｖ電圧印加時、誘電率８〜ｌＯ
％減）等の欠点がある。

粒界層型半導体コンデンサーの製造法の別法として、塗
布工程を省いたものがある。この方法は、絶縁物質に相
当するＢｉ２Ｏ３等の物質をあらかしめ磁器組成中に添
加しておき、還元焼成後熱処理して粒界へ析出させる方
法である。例えば特開昭５１−９３３９９では、５ｒＴ
ｉＯにＬａ２Ｏ３゜Ｔ　ｉｏ　２を添加し還元焼成後、
熱処理することによりε　−３１，２Ｏ０〜９，５２Ｏ
　、耐電圧３，０ＯＯＶ／（至）以上のものを得ている
。この製法では、コスト高は避けられるが、バイアス特
性等の改良はいまだ不充分である。

また、この方法で製造したＳｒＴｉＯ３系磁器の多くは
バリスター特性を示す。特開昭８１−２７１８０２では
、５ｒＴｉＯにＮｂ２Ｏ５゜Ｓ　１０２１Ｍ　ｎ　０２
等を添加することにより、静電容量付バリスターとして
用いることを開示している。しかし、この組成物は、静
電容量は持つが、耐電圧ＶｌｏＩＩＩＡ≦１７２　Ｖと
低いためコンデンサーとしての用途は望めない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、塗布工程を省いた粒界層型半導体コンデンサ
ーにおいて、バイアス特性、耐電圧特性の劣る点を改良
し、低コストで製造でき、温度特性が良好で、高誘電分
散周波数の特性を損なうことなく、バイアス特性および
耐電圧特性に優れ、比較的高誘電率の半導体磁器コンデ
ンサーを提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者等は、かかる従来の半導体磁器組成物を改良す
べく種々検討した結果、８４．６＜５ｒＴｉＯ＜９９．
７５モル％のＳｒＴｉＯ３を主成分とし、０．００１＜
Ｔ　ｉ　Ｏ＜　８．０　　モル％のＴ　ｉｏ２と０．２
５＜Ｎｂ　Ｏ＜１．４モル％のＮｂ２Ｏ５と０．００１
　＜ＳｉＯ＜４．０モル％のＳ　ｔ　０２と０．００１
＜ＭｎＯ＜２．０モル％のＭｎＯとから成る半導体磁器
コンデンサーが優れた特徴を有することを見出したちの
である。

すなわち、本発明の半導体磁器組成物は、従来のこの種
の磁器組成物に比べ、温度特性が良好で、高誘電分散周
波数の特性を損なうことなく、バイアス特性および耐電
圧特性に優れ、比較的高誘電率である特徴を有するもの
である。

また、本発明においては、ＳｒＴｉＯ３の基本成分にＴ
ｉＯ２を添加することにより、従来の静電容量付バリス
ターでは見られない高耐電圧を示し、コンデンサーとし
ての用途が開けた。

ＴｉＯ２を添加しない場合、耐電圧が劣化し、８モル％
以上添加すると誘電体損失（ｔａｎδ）、バイアス特性
、耐電圧が劣化する。特に０．５≦Ｔ　ｉＯ２≦２．５
モル％のとき、優れた耐電圧特性を示し、好ましい。

Ｎｂ２Ｏ５は、半導体化剤として添加する。添加量が、
０．２５モル％以下の場合と１．４モル％以上の場合は
いずれもεが小さく、ｔａｎδが大きくなり適さない。

特に、０．３５≦Ｎｂ２Ｏ５≦１．０モル％のとき、ε
が大きく　　ｔａｎδが小さくなり好ましい。

Ｓ　ｉＯ２は、添加しない場合、ε、が小さく、４．０
モル％以上添加した場合、ｔａｎδ、バイアス特性、耐
電圧が劣化する。εが充分大きく、耐電圧でも優れた範
囲として、０．３≦Ｓ　ｉ　Ｏ２≦１．５モル％が好ま
しい。

ＭｎＯは、添加しない場合ｔａｎδ、耐電圧が悪＜２．
０モル％以上添加した場合、εが小さく、ｔａｎδが大
きくなる。ε、　　ｔａｎδ、耐電圧が優「 れている範囲として０．２≦ＭｎＯ≦１．６モル％が好
ましい。

上記の組成となる様に各原料粉を混合、成型し、Ｈおよ
びＮ２雰囲気等の中性および還元性雰囲気中で１３００
〜１５５０℃で焼成した後、大気中等の酸化性雰囲気中
で１０００〜１３００℃で熱処理することにより、高誘
電率で、温度特性が良好で、高誘電分散周波数の特性を
損なうことなく、バイアス特性、耐電圧特性に優れた半
導体磁器コンデンサーが得られる。かかる工程は、絶縁
物質を塗布し熱拡散させる工程を含まないため、低コス
トで製造可能である。

原料としては、金属酸化物である５　ｒ　Ｔ　ｔ　Ｏ３
。

Ｔ　ｉ　ＯＮｂ　　ＯＳ　ｉ０２２Ｍｎ０に限ら２’２
５’ ず、金属塩が仮焼、焼成等によってその酸化物およびそ
れらの化合物となるものであればそれらの原料を使用す
ることが可能である。

以下、本発明を実施例をもって説明する。

［実　施　例］ ＳｒＴｉＯ３，ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５，ＳｉＯ２゜Ｍ　
ｎ　ＣＯａを、組成がモル％でそれぞれ表弓になる様に
秤量後、充分混合し、有機バインダーとしてポリビニル
アルコール水溶液を加えて造粒後、５００　）ｃｇ／ｃ
ｄで加圧成形した。その成形体を大気中で５００℃で脱
バインダーした後、Ｎ２雰囲気中で１４５０℃で２時間
焼成し、還元焼成体とした。この還元焼成体を１１５０
℃で２時間、大気中で熱処理し、本発明磁器組成物を得
た。

同様に作製した本発明範囲外の組成物をも表・１に示し
比較例とした。

得られた焼結体は、直径約６止φ、厚さ約１■の円板状
の試料である。この焼結体の上下面に銀電極ペーストを
塗布し、８５０℃で焼付け、種々の電気特性を評価した
。それらの電気特性を表・１に併記する。

表・１中の比誘電率ε　と誘電損失ｔａｎδは、ＹＨＰ
■製のＬＦインピーダンスアナライザーにより、温度２
Ｏ℃、周波数１　ｋｌｌｚ、電圧”２”ｒｍｓ以下で測
定した値である。

Δεｒ／εｒ　０Ｖ（１００Ｖ＞は、１００Ｖのバイア
ス電圧を印加したときの誘電率とバイアス電圧を印加し
ないときの誘電率の比をパーセント表示したものである
。耐電圧は、厚さ１ｍｍに対する値である。

いずれの特性も２Ｏ℃で測定した。

（以下余白） 実施例１〜２２の本発明の組成物のサンプルは、いずれ
も温度特性Ｒ（誘電率が２Ｏ℃基準値に対し、＋１５％
〜−１５％）の特性を充分に満足し、絶縁抵抗は、電圧
５０Ｖ印加時、１０１０Ω程度であり、誘電分散周波数
は８０ＭＨｚ程度と高い値を示した。

［効　　果コ 本発明の磁器組成物によれば高誘電率で、温度特性が良
好で、高誘電分散周波数の特性を損なうことなく、バイ
アス特性＄よび耐電圧特性に優れ、低コストで製造する
ことができる粒界層型半導体磁器コンデンサー用の組成
物として工業利用上有用なものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ８４．６＜ＳｒＴｉＯ＿３＜９９．７５モル％のＳｒＴ
   ｉＯ＿３を主成分とし、０．００１＜ＴｉＯ＿２＜８．
   ０モル％のＴｉＯ＿２と０．２５＜Ｎｂ＿２Ｏ＿５＜１
   ．４モル％のＮｂ＿２Ｏ＿５と０．００１＜ＳｉＯ＿２
   ＜４．０モル％のＳｉＯ＿２と０．００１＜ＭｎＯ＜２
   ．０モル％のＭｎＯとから成ることを特徴とする半導体
   磁器コンデンサー組成物。