JP5812091B2 - 半導体セラミック及び正特性サーミスタ - Google Patents
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Description
式(1):zmin=(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200
従って、Er量がzmin以上であれば、半導体セラミックの結晶粒径が小さくなり、耐圧性が向上する。
表1に、半導体化剤SmcであるEr3+、Dy3+、Y3+、Gd3+、Bi3+、Nd3+のイオン半径とドナー係数とを示す。ここにドナー係数とは、半導体化剤SmcとしてErを用いた場合に半導体化に必要なEr量と、他の各半導体化剤Smc(Dy、Y、Gd、Bi、Ndなど)を用いた場合に半導体化に必要な当該半導体化剤Smcの量の割合である。
式(2):zmin=0.84×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200]
また、半導体化剤SmcがGdの場合は、次の式(3)となる。
式(3):zmin=0.63×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200]
また、半導体化剤SmcがBiの場合は、次の式(4)となる。
式(4):zmin=0.68×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200]
また、半導体化剤SmcがNdの場合は、次の式(5)となる。
式(5):zmin=0.42×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200]
次に、正特性サーミスタ素子の製造方法について説明する。
実験例1では、半導体化剤SmcとしてErを用いた場合において、所定のx、y、tの条件における、Er量と比抵抗の関係を調査した。
最初に、出発原料であるBaCO3、CaCO3、SrCO3、Er2O3、MnCO3、及びSiO2の各粉末を用意した。そして、各出発原料を秤量し、調合した。そして、純水と高分子型の分散剤を加えて、ボールミル内でPSZボールと共に、一定時間湿式粉砕を行った。その後脱水、乾燥させ、1200℃の温度範囲で2時間熱処理して、式(6)で表される半導体セラミックの原料粉末を得た。各試料番号の配合割合は、後述する表2に示す。
式(6):100(Ba1-(x+y+z)/100Cax/100Sry/100Erz/100)TiO3+tMn
(B)正特性サーミスタ素子の作製
上記の原料粉末に、バインダと純水を加え、ボールミル内でPSZボールと共に、一定時間湿式粉砕を行い、その後造粒して、成形用粉末を得た。
まず、25℃での比抵抗測定を4端子法を用いて行った。
実験例2では、半導体化剤SmcとしてErを用い、x、y、tの値をそれぞれ変化させた場合における、各々のx、y、tの条件での比抵抗が極小となる極小Er量zminを実験により求めた。実験では、Er量を0.025刻みで変化させてzminを求めた。表3に、各々のx、y、tの条件におけるzminの値を示す。なお、正特性サーミスタ素子の作成方法は、実験例1と同様である。
式(1):zmin=(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200
表3からわかるように、zminとEr計算値を比較すると、f3(x、y、t)の計算値の値は、zminを良く再現しているといえる。
実験例3では、半導体化剤SmcとしてErを用い、x、y、z、tの値をそれぞれ変化させた場合における、比抵抗、静耐圧、及び抵抗2倍点を求めた。抵抗2倍点は、25℃での抵抗値の2倍となる温度である。
実験例4では、半導体化剤SmcとしてDyを用い、x、y、z、tの値をそれぞれ変化させた場合における、比抵抗、静耐圧、及び抵抗2倍点を求めた。抵抗2倍点は、25℃での抵抗値の2倍となる温度である。
式(2):zmin=0.84×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200]
また、各試料の比抵抗での静耐圧下限値を示した。比抵抗は実用上問題の無い1000Ω・cm以下を良品とした。また、抵抗2倍点は115〜140℃を良品とした。
実験例5では、半導体化剤SmcとしてYを用い、x、y、z、tの値をそれぞれ変化させた場合における、比抵抗、静耐圧、及び抵抗2倍点を求めた。抵抗2倍点は、25℃での抵抗値の2倍となる温度である。
式(2):zmin=0.84×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200]
また、各試料の比抵抗での静耐圧下限値を示した。比抵抗は実用上問題の無い1000Ω・cm以下を良品とした。また、抵抗2倍点は115〜140℃を良品とした。
実験例6では、半導体化剤SmcとしてGdを用い、x、y、z、tの値をそれぞれ変化させた場合における、比抵抗、静耐圧、及び抵抗2倍点を求めた。抵抗2倍点は、25℃での抵抗値の2倍となる温度である。
式(3):zmin=0.63×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200]
また、各試料の比抵抗での静耐圧下限値を示した。比抵抗は実用上問題の無い1000Ω・cm以下を良品とした。また、抵抗2倍点は115〜140℃を良品とした。
実験例7では、半導体化剤SmcとしてBiを用い、x、y、z、tの値をそれぞれ変化させた場合における、比抵抗、静耐圧、及び抵抗2倍点を求めた。抵抗2倍点は、25℃での抵抗値の2倍となる温度である。
式(4):zmin=0.68×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200]
また、各試料の比抵抗での静耐圧下限値を示した。比抵抗は実用上問題の無い1000Ω・cm以下を良品とした。また、抵抗2倍点は115〜140℃を良品とした。
実験例8では、半導体化剤SmcとしてNdを用い、x、y、z、tの値をそれぞれ変化させた場合における、比抵抗、静耐圧、及び抵抗2倍点を求めた。抵抗2倍点は、25℃での抵抗値の2倍となる温度である。
式(5):zmin=0.42×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200]
また、各試料の比抵抗での静耐圧下限値を示した。比抵抗は実用上問題の無い1000Ω・cm以下を良品とした。また、抵抗2倍点は115〜140℃を良品とした。
11 部品素体
12、13 電極
Claims (8)
- 一般式(Ba1−(x+y+z)/100Cax/100Sry/100Smcz/100)TiO3で表される化合物(ただしSmcは半導体化剤)を主成分として含み、
前記主成分100モル部に対して、Mnがtモル部の割合で含まれており、
前記x、y、tが、
2.500≦x≦20.000、
0.000≦y≦5.000、
2.500≦x+y≦20.000、
0.030≦t≦0.150、
の関係を満足し、
前記zは、前記x、y、tによって定められる、半導体化剤Smcの量と比抵抗との関係を示した曲線での比抵抗が極小となる半導体化剤Smcの量以上であり、0.900以下であることを特徴とする半導体セラミック。 - 前記半導体化剤SmcがErであり、
一般式(Ba1−(x+y+z)/100Cax/100Sry/100Erz/100)TiO3で表される化合物を主成分として含み、
前記主成分100モル部に対して、Mnがtモル部の割合で含まれており、
前記x、y、z、tが、
2.500≦x≦20.000、
0.000≦y≦5.000、
2.500≦x+y≦20.000、
0.030≦t≦0.150、
(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200≦z≦0.900、
の関係を満足することを特徴とする、請求項1に記載の半導体セラミック。 - 前記半導体化剤SmcがDyであり、
一般式(Ba1−(x+y+z)/100Cax/100Sry/100Dyz/100)TiO3で表される化合物を主成分として含み、
前記主成分100モル部に対して、Mnがtモル部の割合で含まれており、
前記x、y、z、tが、
2.500≦x≦20.000、
0.000≦y≦5.000、
2.500≦x+y≦20.000、
0.030≦t≦0.150、
0.84×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200]≦z≦0.716、
の関係を満足することを特徴とする、請求項1に記載の半導体セラミック。 - 前記半導体化剤SmcがYであり、
一般式(Ba1−(x+y+z)/100Cax/100Sry/100Yz/100)TiO3で表される化合物を主成分として含み、
前記主成分100モル部に対して、Mnがtモル部の割合で含まれており、
前記x、y、z、tが、
2.500≦x≦20.000、
0.000≦y≦5.000、
2.500≦x+y≦20.000、
0.030≦t≦0.150、
0.84×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200]≦z≦0.716、
の関係を満足することを特徴とする、請求項1に記載の半導体セラミック。 - 前記半導体化剤SmcがGdであり、
一般式(Ba1−(x+y+z)/100Cax/100Sry/100Gdz/100)TiO3で表される化合物を主成分として含み、
前記主成分100モル部に対して、Mnがtモル部の割合で含まれており、
前記x、y、z、tが、
2.500≦x≦20.000、
0.000≦y≦5.000、
2.500≦x+y≦20.000、
0.030≦t≦0.150、
0.63×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200]≦z≦0.587、
の関係を満足することを特徴とする、請求項1に記載の半導体セラミック。 - 前記半導体化剤SmcがBiであり、
一般式(Ba1−(x+y+z)/100Cax/100Sry/100Biz/100)TiO3で表される化合物を主成分として含み、
前記主成分100モル部に対して、Mnがtモル部の割合で含まれており、
前記x、y、z、tが、
2.500≦x≦20.000、
0.000≦y≦5.000、
2.500≦x+y≦20.000、
0.030≦t≦0.150、
0.68×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200]≦z≦0.632、
の関係を満足することを特徴とする、請求項1に記載の半導体セラミック。 - 前記半導体化剤SmcがNdであり、
一般式(Ba1−(x+y+z)/100Cax/100Sry/100Ndz/100)TiO3で表される化合物を主成分として含み、
前記主成分100モル部に対して、Mnがtモル部の割合で含まれており、
前記x、y、z、tが、
2.500≦x≦20.000、
0.000≦y≦5.000、
2.500≦x+y≦20.000、
0.030≦t≦0.150、
0.42×[(30−x)(30−y)(1+15t)/{125(20+y)}+(5+3y)/200≦z≦0.408]、
の関係を満足することを特徴とする、請求項1に記載の半導体セラミック。 - 部品素体の表面に一対の外部電極が形成された正特性サーミスタにおいて、
前記部品素体が、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の半導体セラミックで形成されていることを特徴とする正特性サーミスタ。
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