PL214708B1 - Bezołowiowa pasta grubowarstwowa na dielektryk kondensatorów z zaporową warstwą wewnętrzną - Google Patents

Bezołowiowa pasta grubowarstwowa na dielektryk kondensatorów z zaporową warstwą wewnętrzną

Info

Publication number
PL214708B1
PL214708B1 PL383410A PL38341007A PL214708B1 PL 214708 B1 PL214708 B1 PL 214708B1 PL 383410 A PL383410 A PL 383410A PL 38341007 A PL38341007 A PL 38341007A PL 214708 B1 PL214708 B1 PL 214708B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
dielectric
paste
layer
lead
temperature
Prior art date
Application number
PL383410A
Other languages
English (en)
Other versions
PL383410A1 (pl
Inventor
Dorota Szwagierczak
Barbara Gröger
Jan Kulawik
Agata Skwarek
Agata Stoch
Original Assignee
Inst Tech Elektronowej
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Tech Elektronowej filed Critical Inst Tech Elektronowej
Priority to PL383410A priority Critical patent/PL214708B1/pl
Publication of PL383410A1 publication Critical patent/PL383410A1/pl
Publication of PL214708B1 publication Critical patent/PL214708B1/pl

Links

Landscapes

  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest bezołowiowa pasta grubowarstwowa przeznaczona na dielektryk w kondensatorach typu II z zaporową warstwą wewnętrzną.
Znany jest materiał o składzie CaCu3Ti4O12 opisany w publikacjach: Sinclair, D. C., Adams, T.
B., Morrison, F. D., West A.R., One-step internal barrier layer capacitor. App. Phys. Lett., 2002, 80;
[12], 2153-2155 i Lixin Xe, Neaton. J. B., Cohen, M. H., Vanderbilt, D., Homes, C. C., First-principles study of the structure and lattice dielectric response of CaCu3Ti4O12. Phys. Rev. B, 2002, 65, 214112.
Materiał ten w formie ceramiki i monokryształu wykazuje kolosalną odpowiedź dielektryczną z przeni5 kalnością względną ε' do 105 w temperaturze pokojowej, która jest praktycznie niezależna od częstotliwości pomiędzy DC i 106 Hz dla przedziału temperatur 100 - 600 K. Przenikalność elektryczna spada gwałtownie do wartości około 100 po obniżeniu temperatury poniżej 100 K a także dla częstotliwości powyżej kilkudziesięciu MHz. Na podstawie badań metodą spektroskopii impedancyjnej Sinclair i współautorzy wykazali, że wysoka przenikalność elektryczna tego materiału nie jest samoistną cechą kryształu. Ceramika CCTO stanowi jednoetapowo otrzymany kondensator z zaporową warstwą wewnętrzną, w którym izolujące granice międzyziarnowe oddzielają półprzewodnikowe ziarna. W przypadku monokryształów mechanizm tworzenia warstw zaporowych jest przypuszczalnie związany z bliźniakowaniem.
Znany jest również materiał o składzie Cu2Ta4O12 z publikacji B. Renner, P. Lunkenheimer, M. Schetter, A. Loidl, A. Reller, S. G. Ebbinghaus, Dielectric behavior of copper tantalum oxide, Journal of Applied Physics, 96 [8] 2004, 4400-4404. Autorzy ci wyznaczali przenikalność elektryczną i przewodnictwo monokrystalicznych próbek w bardzo szerokim zakresie częstotliwości do GHz w zakresie 5 temperatur 25 - 500 K. Badany materiał wykazywał niezwykle wysoką (do 105) przenikalność elektryczną, prawie niezależną od częstotliwości i temperatury w szerokim zakresie. Wykazano, że przyczyną bardzo dużych przenikalności są międzyfazowe efekty polaryzacyjne wynikające z tworzenia się kondensatorów z zaporową warstwą powierzchniową.
Znana jest nieferroelektryczna ceramika o ogólnym wzorze AFe1/2B1/2O3 (A = Ba, Sr, Ca; B = Nb,
Ta, Sb) opisana w publikacji: Raevski, P., Prosandeev, S. A., Bogatin, A. S., Malitskaya, M. A., Jastrabik L.,
High dielectric permittivity in AF1/2B1/2O3 nonferroelectric perovskite ceramics (A = Ba, Sr, Ca; B = Nb, Ta,
Sb). J. Appl. Phys., 2003, 93, [7], 4130. Dla tej ceramiki stwierdzono, że na krzywej zależności przeni2 kalności elektrycznej od temperatury występuje skok od niskich wartości, (poniżej 102) do bardzo wysokich (ponad 103 - 104). Powyżej progu przenikalność utrzymuje się na niemal stałym, wysokim poziomie w szerokim zakresie temperatur od 173 K do 373 K. Autorzy publikacji uważają, że za obserwowane właściwości dielektryczne odpowiedzialny jest mechanizm polaryzacji Maxwella-Wagnera. Sugerują, że zarówno zależność rezystancji od temperatury spiekania jak i nieliniowa zależność prądu od pola elektrycznego są spowodowane częściową redukcją badanych materiałów w wysokich temperaturach i późniejszym ponownym utlenianiem obszaru granic międzyziarnowych podczas chłodzenia. W rezultacie tworzą się półprzewodnikowe ziarna z cienką utlenioną izolacyjną warstwą na granicach ziaren. Utrata niewielkich ilości tlenu prowadzi do tworzenia wakancji tlenowych i wolnych elektronów i w konsekwencji przewodnictwa typu n, co potwierdziły pomiary metodę Seebecka.
Znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego P-367927 bezołowiowy ceramiczny materiał dielektryczny, który zawiera wolframian (VI) żelaza (III) bizmutu (III) miedzi (I) Bi1/2Cu1/2(Fe2/3Wi1/3)O3 w ilości od
85% molowych do 100% molowych tytanianu (IV) baru (II) BaTiO3 w ilości od 0% molowych do 15% molowych, ponadto korzystnie zawierający tlenek manganu ((IV) MnO2 w ilości od 0,2-2%molowych.
Kompozycja na dielektryk kondensatorów według zgłoszenia P-367927 oparta jest na Bi1/2Cu1/2(Fe2/3W1/3)O3, mającym gęsto upakowaną strukturę perowskitu, analogiczną do ferroelektrycznego relaksora zawierającego ołów - Pb(Fe2/3 Wi1/3)O3.
Istotą wynalazku jest grubowarstwowa pasta składająca się z 40 - 70% wagowych części nieorganicznej, zawierającej proszek jednego ze złożonych tlenków A2/3Cu3Ti4O12 (A = Bi, Y, La, Sm, Dy) oraz 30 - 60% wagowych części organicznej, najkorzystniej roztworu etylocelulozy w terpineolu.
Pasta według nowego zgłoszenia patentowego ma strukturę charakteryzującą się dużym udziałem wakancji kationowych i niską liczbą koordynacyjną kationu Cu, co wpływa na łatwość deformacji komórki elementarnej. Zmienny stopień utlenienia jonu miedzi wpływa na możliwość tworzenia się izolacyjnych warstewek na granicach półprzewodnikowych ziaren podczas procesu chłodzenia po spiekaniu kondensatorów i w konsekwencji może prowadzić do samorzutnego tworzenia się kondensatorów z zaporową warstwą wewnętrzną.
PL 214 708 B1
P r z y k ł a d wykonania grubowarstwowej pasty.
Syntezę materiału ceramicznego stanowiącego nieorganiczną część pasty grubowarstwowej według wynalazku przeprowadzono w temperaturze 1173 - 1373 K przez 5 h. Przygotowano pastę grubowarstwową przez zmieszanie zmielonego uprzednio proszku ceramicznego z organicznym nośnikiem. W wyniku trzykrotnego druku i wypalania w temperaturze 1143 K otrzymano zwarte warstwy. Maksymalne wartości przenikalności elektrycznej warstw wynosiły od 700 - 5000 w zakresie częstotliwości od 10 Hz do 1 MHz. Maksima na krzywych zależności przenikalności od temperatury ulegały przesunięciu i obniżały się ze wzrostem częstotliwości. Z pomiarów impedancji przeprowadzonych w funkcji częstotliwości w zakresie 10 Hz do 2 MHz i temperatury w zakresie od 218 do 773 K wynika, że materiał ceramiczny jest niejednorodny elektrycznie, złożony z półprzewodnikowych ziaren i słabo przewodzących granic międzyziarnowych. Wskazuje to na tworzenie się kondensatorów z wewnętrzną warstwą zaporową jako przyczynę wysokiej przenikalności elektrycznej warstw.
Bezołowiowa kompozycja grubowarstwowa o składzie według wynalazku może być wykorzystana do wykonania kondensatorów grubowarstwowych typu II.
P r z y k ł a d zastosowania grubowarstwowej pasty I.
Wykonano kondensator grubowarstwowy, w którym warstwę dielektryczną otrzymano w wyniku naniesienia sitodrukiem i wypalenia w odpowiedniej temperaturze pasty, której część nieorganiczną stanowił proszek Bi2/3Cu3Ti4O12.
Kompozycję złożoną z tlenków Bi2O3, CuO i TiO2, naważonych i zmielonych w proporcjach stechiometrycznych odpowiadających Bi2/3Cu3Ti4O12 kalcynowano w temperaturze 1173 K przez 5 h. Otrzymany produkt syntezy mielono w alkoholu izopropylowym w młynku kulowym przez 7 h i suszono.
Przygotowano pastę grubowarstwową, w której skład wchodziło 60% wagowych proszku Bi2/3Cu3Ti4O12 oraz 40% wagowych części organicznej w postaci 10% roztworu etylocelulozy w terpineolu.
Wykonano kondensator grubowarstwowy przy zastosowaniu metody sitodruku. Elektrody kondensatora nadrukowano z pasty Ag. Dolną elektrodę nanoszono przez sito 260 mesh na podłoże AI2O3. Warstwę przewodzącą suszono w temperaturze około 393 K, a następnie wypalano w powietrzu w przelotowym VI - strefowym piecu BTU w ciągu 45 min., przy czym czas przebywania w temperaturze maksymalnej 1153 K wynosił 10 min. Następnie nanoszono przez sito 260 mesh warstwę z przygotowanej pasty, suszono i wypalano w temperaturze maksymalnej 1143 K (10 min. w piku). Operacje te powtarzano 3 razy. Otrzymana potrójna warstwa dielektryczna miała grubość około 25 mikrometrów. Z kolei nanoszono górną elektrodę srebrową i wypalano w temperaturze maksymalnej 1123 K.
Otrzymany kondensator grubowarstwowy charakteryzował się wysoką maksymalną przenikalnością elektryczną względną od 1700 przy 1 MHz do 5000 przy 10 Hz.
P r z y k ł a d zastosowania grubowarstwowej pasty II.
Wykonano kondensator grubowarstwowy, w którym warstwę dielektryczną otrzymano w wyniku naniesienia sitodrukiem i wypalenia w odpowiedniej temperaturze pasty, której część nieorganiczną stanowił proszek Y2/3Cu3 Ti4O12.
Kompozycję złożoną z tlenków Y2O3, CuO i TiO2, naważonych i zmielonych w proporcjach stechiometrycznych odpowiadających Y2/3Cu3Ti4O12 kalcynowano w temperaturze 1273 K przez 5 h. Otrzymany produkt syntezy mielono w alkoholu izopropylowym w młynku kulowym przez 7 h i suszono.
Przygotowano pastę grubowarstwową, w której skład wchodziło 55% wagowych proszku Y2/3Cu3Ti4O12 oraz 45% wagowych części organicznej w postaci 10% roztworu etylocelulozy w terpineolu.
Wykonano kondensator grubowarstwowy przy zastosowaniu metody sitodruku. Elektrody kondensatora nadrukowano z pasty Ag. Dolną elektrodę nanoszono przez sito 260 mesh na podłoże Al2O3. Warstwę przewodzącą suszono w temperaturze około 393 K, a następnie wypalano w powietrzu w przelotowym VI - strefowym piecu BTU w ciągu 45 min., przy czym czas przebywania w temperaturze maksymalnej 1173 K wynosił 10 min. Następnie nanoszono przez sito 260 mesh warstwę z przygotowanej pasty, suszono i wypalano w temperaturze maksymalnej 1163 K (10 min. w piku). Operacje te powtarzano 3 razy. Otrzymana potrójna warstwa dielektryczna miała grubość około 25 mikrometrów. Z kolei nanoszono górną elektrodę srebrową i wypalano w temperaturze maksymalnej 1153 K.
Otrzymany kondensator grubowarstwowy charakteryzował się maksymalną przenikalnością elektryczną względną 800 - 1000 i niewielkimi zmianami w zakresie częstotliwości 10 Hz - 1 MHz i w zakresie temperatur 218 - 523 K.

Claims (1)

  1. Zastrzeżenie patentowe
    Bezołowiowa pasta grubowarstwowa na dielektryk kondensatorów z zaporową warstwą wewnętrzną, znamienna tym, że składa się z 40 - 70% wagowych złożonego tlenku o składzie A2/3CU3Ti4O12 (A = Bi, Y, La, Sm, Dy), zawierającego tlenek tytanu (IV), tlenek miedzi (II), oraz jeden z tlenków: bizmutu (III), itru (III), lantanu (III), samaru (III) lub dysprozu (III) oraz 30+60% wagowych części organicznej, najkorzystniej roztworu etylocelulozy w terpineolu.
PL383410A 2007-09-21 2007-09-21 Bezołowiowa pasta grubowarstwowa na dielektryk kondensatorów z zaporową warstwą wewnętrzną PL214708B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL383410A PL214708B1 (pl) 2007-09-21 2007-09-21 Bezołowiowa pasta grubowarstwowa na dielektryk kondensatorów z zaporową warstwą wewnętrzną

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL383410A PL214708B1 (pl) 2007-09-21 2007-09-21 Bezołowiowa pasta grubowarstwowa na dielektryk kondensatorów z zaporową warstwą wewnętrzną

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL383410A1 PL383410A1 (pl) 2009-03-30
PL214708B1 true PL214708B1 (pl) 2013-09-30

Family

ID=42984876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL383410A PL214708B1 (pl) 2007-09-21 2007-09-21 Bezołowiowa pasta grubowarstwowa na dielektryk kondensatorów z zaporową warstwą wewnętrzną

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL214708B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL383410A1 (pl) 2009-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sinclair et al. CaCu 3 Ti 4 O 12: One-step internal barrier layer capacitor
Rhouma et al. Comparative studies of pure, Sr-doped, Ni-doped and co-doped CaCu3Ti4O12 ceramics: enhancement of dielectric properties
Thongyong et al. Effect of Zn2+ and Nb5+ co-doping ions on giant dielectric properties of rutile-TiO2 ceramics
US7697263B2 (en) High-temperature dielectric materials and capacitors made therefrom
JP7366604B2 (ja) 誘電体磁器組成物及びこれを含む積層セラミックキャパシタ
Thomas et al. Structural and dielectric properties of A-and B-sites doped CaCu3Ti4O12 ceramics
Yang et al. Dielectric constant versus voltage and non-Ohmic characteristics of Bi2/3Cu3Ti4O12 ceramics prepared by different methods
KR20050108368A (ko) 고유전율 절연막, 박막 용량 소자, 박막 적층 콘덴서 및박막 용량 소자의 제조 방법
KR102710734B1 (ko) 유전체, 그 제조방법, 및 이를 포함하는 디바이스
KR20050092438A (ko) 박막 용량 소자용 조성물, 고유전율 절연막, 박막용량 소자, 박막 적층 콘덴서 및 박막 용량 소자의제조방법
Naveed et al. Conduction mechanism and impedance spectroscopy of (MnFe2O4) x/CuTl-1223 nanoparticles-superconductor composites
Subbarao Ceramic dielectrics for capacitors
Kuo et al. Donor-and acceptor-cosubstituted BaTiO3 for nonreducible multilayer ceramic capacitors
Yan et al. Enhanced electrical properties of BaTiO3-based thermosensitive ceramics for multilayer chip thermistors applications by addition of (Bi0. 5Na0. 5) TiO3
JPS623569B2 (pl)
TW426864B (en) Dielectric ceramic composition
Fisoldin et al. Electrical properties of Sn doped SrTiO3
PL214708B1 (pl) Bezołowiowa pasta grubowarstwowa na dielektryk kondensatorów z zaporową warstwą wewnętrzną
JP2023184543A (ja) 誘電体磁器組成物及びこれを含む積層セラミックキャパシタ
JP4788274B2 (ja) Ctr特性を有する酸化物導電体磁器および抵抗体
JP2934387B2 (ja) 半導体磁器の製造方法
Szwagierczak et al. Dielectric properties of high permittivity ceramics based on Dy2/3CuTa4O12
Lekshmi et al. High permittivitty (La0. 5Sr0. 5) CoO3-δ-La (Co0. 5Ti0. 5) O3-δ ceramic composites for next generation MIM capacitors
PL197685B1 (pl) Bezołowiowa ceramika
Liu et al. Synthesis and dielectric properties of Cu3Ti2Ta2O12 ceramics