JPH02158004A - 環元再酸化型半導体磁器素子の製造方法 - 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 本発明は電子機器、電気機器などに用いられる還元再酸
化型半導体磁器素子の製造方法に関するものである。

従来の技術 従来、還元再酸化型半導体磁器素子としては、例えば円
板形半導体磁器の表面に高抵抗の再酸化層を形成したり
、円板形半導体磁器の粒界に高抵抗の再酸化層を形成し
たりして誘電体とし、対抗する表面に電極を形成して実
用化されている。この種の還元再酸化型半導体磁器素子
は、比較的小型でありながら大きな静電容量が得られ、
無極性で、耐熱性および周波数特性が良好で、漏れ電流
が小さく、比較的安価であるなどの利点を有し、広く一
般に使用されている。

発明が解決しようとする課題 最近、電子機器に使用される電子部品が小型化、チップ
化されつつある傾向にあるが、前記の還元再酸化型半導
体磁器素子の単位面積当たりの静電容量はたかだか３０
０　（ｎＷｌｏｄ　）程度であり、１μＦ前後の大静電
容量を得ようとすると形状が大きくなってしまうという
問題点がある。この問題点を解決するだめに、円板形の
還元再酸化型半導体磁器の一方の表面にオーミック性電
極を形成し、反対側の表面に非オーミック性電極を形成
したものが提案されている。このような構造の還元再酸
化型半導体磁器素子は円板形の還元再酸化型半導体磁器
の両方の表面に非オーミック性の電極を形成した構造の
素子の静電容量に比べ１．６〜２．０倍にまで大きくす
ることができるが、この構造の素子を製造するためには
磁器を還元焼成し、再酸化した後、半導体磁器の表面に
形成された高抵抗の酸化層を一方の表面だけ除去して半
導体部分を露出させる必要がある。この高抵抗の酸化層
を除去する手段としては、ラップ研磨、サンドブラスト
、レーザー加工などがあるが、いずれにしても量産性に
欠け、実用化にまで至っていない。また、円板形の還元
再酸化型半導体材料を成形する際に、あらかじめ一方の
表面に凸部を設けておき、還元、再酸化した後、その凸
部を機械的に除去して半導体部分を露出させる方法が提
案されているが、除去すべき高抵抗の酸化層は３０〜１
００μｍ程度あり、機械的に除去する方法、例えばサン
ドペーハー、ヤスリ、ラップ研磨、サンドブラスト、レ
ーザー加工などでは量産性に欠け、実用化できないとい
う問題があった。

本発明はこのような前記の問題を解決するもので、磁器
を還元焼成し、再酸化した後に半導体磁器の表面に形成
される高抵抗の酸化層を除去するのに、機械的な方法に
よらずに酸化層を除去することにより、容易に多量生産
できる方法を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 前記の問題点を解決するために本発明では還元再酸化型
半導体磁器材料を主成分とし、これを成形し、脱バイン
ダー、還元焼成した後、粒子径が１００μｍ未満で酸素
の拡散が前記主成分よりも遅い物質中に、焼成体の一方
の表面が埋まるようにして、再酸化するようにしたもの
である。

作用 このようにすることにより、酸素の拡散が前記主成分よ
りも遅い物質の粒子径が１００μｍ未満と比較的小さい
ため、素子と緊密に接触するだめ再酸化焼成中の素子に
加わる温度を均一にし、粒子の特性を均一にすることが
できる。

また、酸素の拡散が前記主成分よりも遅い物質中では酸
素の拡散が遅いため、このような物質に接している還元
再酸化型半導体磁器の表面までは酸素が拡散しにくく、
また酸素の拡散が前記主成分よりも遅い物質の粒子径が
１００μｍ未満と比較的小さいため、酸素が直接素子の
表面に触れ難くなるので、高抵抗層が形成され難くなる
。従って、酸素の拡散が前記主成分よりも遅い物質に接
している表面では高抵抗層がなく、その反対の表面にの
み高抵抗層が形成されることになり、素子の表面の両方
に高抵抗の酸化層がある場合に比べ静電容量が著しく増
大することとなる。しかし、成形体の時点で前記物質中
に埋め込むと酸素の供給が不十分なため、脱バインダー
の時にバインダーが十分に分解されなかったり、素子が
変形したりするため、素子を埋め込むのは少なくとも脱
バインダーの後でなければならない。また、還元焼成の
時に埋め込むと素子の主成分と酸素の拡散が前記主成分
よりも遅い物質が一部反応するため固着し、素子と酸素
の拡散が前記主成分よりも遅い物質を分離しにくくなる
。

しかし、−度高温で焼成すると素子と酸素の拡散が前記
主成分よりも遅い物質は反応しにくくなるだめ、それよ
りも低い温度で素子を酸素の拡散が前記主成分よりも遅
い物質中に埋め込んでも固着することがないため、両者
は容易に分離することができる。また、素子の特性が最
終的に発現されるのは再酸化の工程であり、この工程で
酸素の拡散を遅らせると共に再酸化温度を均一にするこ
とは、ばらつきの小さい大容量の還元再酸化型半導体磁
器素子を得るのに最も効果的である。また、電極の種類
としては前記成形体の一方の面を前記主成分よりも酸素
の拡散が遅い物質中に埋まるようにして焼成した面にオ
ーミック性電極を形成することにより、素子の半導体部
分とオーミック性電極とが直接接触するため、電極界面
にバリヤーが形成されないので、誘電率の低下といった
特性の劣化がなくなる。また、前記成形体の一方の面を
前記主成分よりも酸素の拡散が遅い物質中に埋まるよう
にして焼成した面と反対の面は誘電体層が露出している
ため、オーミック性電極でも非オーミック性電極でも同
様の効果が得られるが、オーミック性電極の場合は誘電
率の低下といった特性の劣化がなく、非オーミック性電
極の場合は誘電率の低下はあるが、電極界面に形成され
るバリヤーによって耐圧が向上するといった特性の改善
が可能となる。

実施例 以下に実施例をあげて本発明を具体的に説明する。

まず、５ｒＴｉ０５（９９，５１！ＩＱ１％　）　、Ｎ
ｂ２Ｏ５（０，２ｍｏ１％）　、Ｃｕ０（０，３ｍｏ１
％）になるように秤量し、ボールミル 後、ポリビニルアルコールなどの有機バインダーを１０
ｗｔ％加えて造粒し、乾式プレスで１０朋φ×１Ｈｔ、
プレス圧力１　ｔ／ｃ−で円板状に成形する。

次に、空気中で１０５０’Ｃ，６Ｈｒ焼成しだ後（悦バ
インダー）、Ｎ２：Ｎ２：９　：　１　　の還元性雰囲
気中で１４８０°Ｃ，４ｉｒ焼成する。

その後、磁器製のサヤに酸素の拡散が前記主成分よりも
遅い物質（例えばＭｇＯ　）を下記の第１表に示すよう
に、組成とその粒子径を種々変えて粉末状にして敷きつ
め、その上に焼成体の円板の一方の面を下にし、その面
が例えばＭｇＯ粉末に完全に埋まるようにして一枚ずつ
並べ、空気中で１２００°Ｃ，ｓＨｒ熱処理して再酸化
を行う。次に、対向する円板の表面に前記成形体を例え
ばＭｇＯ粉末に埋め込んだ面にオーミック性五ｇなどの
電極ペーストを、また反対面にはオーミック性Ａｇなど
の電極ペーストまたは非オーミック性ムｇなどの電極ペ
ーストをスクリーン印刷などの方法で塗布し、空気中で
６７０′Ｃ，１０Ｕ１１焼成して電極を形成し、リード
線を半田付けなどの方法で取付け、エポキシなどの外装
樹脂を塗布する。

このようにして得られた種々の素子の特性を下記の第１
表に示す。また、本発明における製造工程を第１図に示
す。

（以下余白） 〈第１表〉 傘印は比較例を示す ここで、酸素の拡散が前記主成分よりも遅い物質として
は、ＭｇＯまたはＭｇと他の物質の混合物、あるいはＭ
ｇと他の物質の化合物であれば、Ｍｇの添加量によらず
同様の効果が得られることを確認した。そして、酸素の
拡散が前記主成分よりも遅い物質の粒子径が１００μｍ
未満と比較的小さいため、素子と緊密に接触するだめ、
焼成中の素子に加わる温度を均一にし、素子の電気的特
性を均一にすることができる。また、酸素が直接素子の
表面に触れ難くなるだめ、高抵抗層が形成され難くなる
。一方、酸素の拡散が前記主成分よりも遅い物質の粒子
径が１００μｍ以上の場合、再酸化の時に大きな粒子の
隙間から酸素が浸入しやすいため、酸素の拡散が前記主
成分よりも遅い物質に接触している面でも高抵抗層が形
成しやすくなり、静電容量の減少をもたらす。また、前
記酸素の拡散が前記主成分よりも遅い物質は使用前に一
度焼成しておく方が望ましい。

なお、静電容量、―δの評価は１ｋＨ２で行った。

また、本実施例では素子の主成分については５ｒＴｉ０
５系の組成についてのみ示しだが、ＢａＴｉ０５　。

ＣａＴｉ０５　、　ＭｇＴｉ０５など還元再酸化型半導
体磁器材料ならばどのようなものであってもよいし、ま
だそれらの混合物であってもかまわない。また、添加物
もどのようなものであっても同様の効果が得られること
を確認した。

また、電極の種類としては前記成形体の一方の面を前記
主成分よりも酸素の拡散が遅い物質中に埋まるようにし
て焼成した面にオーミック性電極を形成することにより
、素子の半導体部分とオーミック性電極とが直接接触す
るだめ、電極界面にバリヤーが形成されないので、誘電
率の低下といった特性の劣化がなくなる。また、前記成
形体の一方の面を前記主成分よりも酸素の拡散が遅い物
質中に埋まるようにして焼成した面と反対の面は誘電体
層が露出しているだめ、オーミック性電極でも非オーミ
ック性電極でも同様の効果が得られるが、オーミック性
電極の場合は誘電率の低下といっだ特性の劣化がなく、
非オーミック性電極の場合は誘電率の低下はあるが、電
極界面に形成されるバリヤーによって耐圧が向上すると
いった特性の改善が可能となる。さらに、電極はλｇペ
ーストに限らず、ＺｎベーストやＣｕペーストなどなん
でもよいし、メタリコンやメツキによって°形成しても
かまわない。

また、得られた特性については静電容量、鵬δについて
のみ示したが、バリスタ特性を併せ持つものでも同様の
効果が得られることを確認した。

−例として、前記の表にサージ耐量（所定のパルス電流
を印加した後、素子に１　ｍＡの電流を流しだ時に素子
の両端にかかる電圧の変化率が±１０係となる時のパル
ス電流値）を示す。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、本発明の方法によれば、
従来半導体磁器の表面に形成された高抵抗の酸化層を除
去するのに機械的な方法を用いるしかなかっただめ、量
産性に欠けていたものが、粒子径が１００μｍ未満で酸
素の拡散の遅い物質中に埋め込むだけで高抵抗の酸化層
の形成を抑制できるだめ、機械的な方法を用いることな
く、半導体部分に直接電極を形成することができ、従来
の素子に比べて静電容量を大きくすることができるため
、小型で大容量の還元再酸化型半導体磁器素子を容易に
量産することができる。また、酸素の拡散が前記主成分
よりも遅い物質の粒子径が１００μｍ未満と比較的小さ
いため、素子と緊密に接触するので、焼成中の素子に加
わる温度を均一にし、素子の電気的特性を均一にするこ
とができ、また酸素が直接素子の表面に触れ難くなるた
め、高抵抗層が形成され難くなり、素子の高静電容量化
に極めて有効に作用する。

まだ、電極の種類としては前記成形体の一方の面を前記
主成分よりも酸素の拡散が遅い物質中に埋まるようにし
て焼成した面にオーミック性電極を形成すると七により
、誘電率の低下といった特性の劣化がなくなる。また、
前記成形体の一方の面を前記主成分よりも酸素の拡散が
遅い物質中に埋まるようにして焼成した面と反対の面に
は誘電体層が露出しているので、オーミック性電極でも
非オーミック性電極でも同様の効果が得られるが、オー
ミック性電極の場合は誘電率の低下といった特性の劣化
がなく、非オーミック性電極の場合は誘電率の低下はあ
るが、電極界面に形成されるバリヤーによって絶縁耐圧
が向上するといった特性の改善が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による還元再酸化型半導体磁器
素子の製造方法における概略の製造工程を示す図である
。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）還元再酸化型半導体磁器材料を主成分とし、成形
   、脱バインダー、還元焼成した後、粒子径が１００μｍ
   未満で酸素の拡散が前記主成分よりも遅い物質中に、焼
   成体の一方の表面が埋まるようにして、再酸化したこと
   を特徴とする還元再酸化型半導体磁器素子の製造方法。
2. （２）酸素の拡散が主成分よりも遅い物質がＭｇＯまた
   はＭｇとその他の物質の化合物または混合物であること
   を特徴とする請求項１記載の還元再酸化型半導体磁器素
   子の製造方法。
3. （３）成形体の一方の表面が酸素の拡散が主成分よりも
   遅い物質に埋まるようにして焼成した面に、オーミック
   性の電極を形成したことを特徴とする請求項１記載の還
   元再酸化型半導体磁器素子の製造方法。
4. （４）成形体の一方の表面を酸素の拡散が主成分よりも
   遅い物質に埋まるようにして焼成した面と反対面の両方
   にオーミック性の電極を形成したことを特徴とする請求
   項１記載の還元再酸化型半導体磁器素子の製造方法。
5. （５）成形体の一方の表面が酸素の拡散が主成分よりも
   遅い物質に埋まるようにして焼成した面の反対の面に非
   オーミック性の電極を形成したことを特徴とする請求項
   １記載の還元再酸化型半導体磁器素子の製造方法。